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.

Элемент Пельтье он же термоэлектрический модуль

Чуть чуть теории.

Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ)  является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена.

Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье) представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах – от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности – от десятых долей до сотен ватт.

При прохождении через термоэлектрический модуль постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур -одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются местами.

Практика.

Элементы Пельте широко используются в системах охлаждения. Но не многие знают об их другом свойстве – вырабатывать энергию. Изучению этих их возможностей и посвящена данная лабораторная работа. 

50*50 мм элемент, установлен между двумя алюминиевыми брусками. Предварительно их поверхности притёрты и смазаны пастой КПТ. В одном из брусков просверлены сквозные отверстия, через которые пропущена медная трубка, для водяного охлаждения. Вот, что получилось:

   Подключаем воду к охладителю  к одной стороне элемента Пельтье, а другую ставим на конфорку.  К выходу элемента подключаем 10Вт 6 вольтовою лампочку. Результат – наш генератор работает !

  Опыт доказывает, что элемент Пельтье хорошо вырабатывает электричество. Лампочка горит достаточно ярко, напряжение около 4.5 вольта. 

Нагрев до 160 градусов оказался не оптималенлен, при 120 градусах результат был хуже всего на 10%. 

   Температура охлаждающей жидкости на выходе десять градусов, на входе на один градус меньше. Судя по таким результатам, вода, для охлаждения, не так уж необходима…

При помощи элементов Пельтье можно добывать электричество в экспедиции, в турпоходе, на охотничьем зимовье, словом в любом месте, где это может понадобиться. Естественно, при наличии дров или яркого солнца, ну и обязательно смекалки.

Использование термоэлектрического модуля.

Такой термоэлектрический генератор прекрасно помнят те, кто помнит советские совхозы и колхозы. Говорят, в войну немцы не могли понять, как партизаны могут подолгу вести радиопередачи из осажденного леса.

Да, как говорится – если бы нашим ученым платили деньги, то они бы iphone  ещё в `85 изобрели бы ! 🙂

Термоэлектрический холодильник

Термоэлектрический холодильник (вариант 2)

Термоэлектрический холодильник (вариант 3)

Автомобильный охладитель для баночных напитков

Кулер для питьевой воды

Термоэлектрический кондиционер для кабины КАМАЗа

В такой “ковшик” наливается вода, ставится на огонь и, пожалуйста, подзаряжай мобильник. Весь секрет в дне, там “зарыт” Пельтье

Давайте поподробней об этой конструкции.

В настоящее время растет интерес к использованию термоэлектрических генераторных модулей в бытовых устройствах. В первую очередь это касается возможности питания маломощных потребителей электроэнергии – радиоприемники, сотовые и спутниковые телефоны, переносные компьютеры, устройства автоматики и т.п. от имеющихся источников тепла. Термоэлектрический генератор, в котором отсутствуют вращающиеся, трущиеся и какие-либо другие изнашиваемые части, позволяет непосредственно получать электричество из любого источника тепла: выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, горячей воды геотермальных источников, “бросового” тепла ТЭЦ и т.п. Руководствуясь опытом, полученным при создании промышленных термоэлектрических генераторов (ТЭГ) различной мощности – от нескольких Ватт до нескольких килоВатт ИПФ КРИОТЕРМ приступила к серийному производству бытового ТЭГ номинальной мощностью 8 Вт. Конструктивно генератор выполнен в виде алюминиевого ковшика с внутренним объемом около 1 л в донной части которого установлены генераторные модули производства ИПФ Криотерм.

 

Необходимый для работы генератора перепад температур достигается при разогреве ковшика, например, пламенем костра. Вода, нагреваемая внутри ковшика может идти на приготовление пищи или на другие цели. Данный генератор в первую очередь предназначен для использования в глухих, труднодоступных местах для подзарядки элементов питания индивидуальных средств связи и навигации, освещения и т.п. Он незаменим для охотников, туристов, моряков, сотрудников спасательных и специальных служб, вынужденных долгое время находится вдали от источников центрального энергоснабжения.

Преимуществом генератора является малый вес и объем, высокая удельная генерируемая мощность, функциональность и высокая надежность. Конструкция генератора исключает возможность его перегрева при правильном использовании. В качестве дополнительной опции к генератору предлагается ступенчатый стабилизатор напряжения с диапазонами 3 В – 6 В – 9В -12В и переходники для зарядных устройств.

БЫТОВОЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ 1TG-8

Техническая спецификация

Масса без жидкости , кг, не более0,55

Габаритные размеры, мм

с ручкой

без ручки250х130х110 ? 123, h=100

Внутренний объем, дм31,0

Номинальная генерируемая мощность, Вт, не менее8,0

Выходное напряжение, В3,0 ? 12,0

Ток, мА660 ? 2660

А вот ещё один пример использования .

Из таких небольших термоэлектрических конденсаторов и состоит генератор.

Уже сейчас термоэлектрические генераторы (TEG) благодаря применению новейших материалов способны вырабатывать электроэнергию мощностью до 1000 Вт.

Термогенератор особенно порадует любителей динамичной езды: ведь чем выше обороты мотора, тем больше вырабатывается электроэнергии, которая в будущем может использоваться в гибридных силовых установках, например, для еще лучшей разгонной динамики.

Почти две трети энергии топлива в современных ДВС «улетает» в атмосферу вместе с теплом. Поэтому инженеры BMW вместе со специалистами американского аэрокосмического агентства NASA активно работают над технологиями превращения тепловой энергии выхлопных газов в электрическую. Такие установки имеют еще один позитивный эффект: дополнительное нагревание непрогретого мотора. Пока TEG «окутывает» отрезок выхлопной трубы, но в будущем планируется интегрировать эту систему в катализатор, используя тем самым его тепловой режим. Для более масштабного внедрения данной технологии в автомобиле придется модернизировать днище, расширив в некоторых местах центральный тоннель. Ожидается, что подобная система уже совсем скоро сможет давать 5-процентную экономию топлива, повышая КПД двигателя внутреннего сгорания.

Вот такой он Элемент Пельтье или термоэлектрический модуль!

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.   

Теплопроводность керамики элемента пельтье. Элементы Пельтье — охлаждение и нагрев

Явление возникновения термо-ЭДС было открыто немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в далеком в 1821 году. А заключается это явление в том, что в замкнутой электрической цепи, состоящей из соединенных последовательно разнородных проводников, при условии что их контакты находятся в условиях различных температур, возникает ЭДС.

Данный эффект, названный по имени его первооткрывателя эффектом Зеебека, называют теперь просто термоэлектрическим эффектом .

Если цепь состоит всего из пары разнородных проводников, то такая цепь называется . В первом приближении можно утверждать, что величина термо-ЭДС зависит лишь от материала проводников и от температур холодного и горячего контактов. Таким образом, в небольшом интервале температур термо-ЭДС пропорциональна разности температур холодного и горячего контактов, а коэффициент пропорциональности в формуле называется коэффициентом термо-ЭДС.

Так например, при разности температур в 100°С, при температуре холодного контакта 0°С, пара медь-константан обладает термо-ЭДС величиной в 4,25мВ.

Между тем, термоэлектрический эффект имеет в своей основе три составляющих:

Первый фактор — различие у разных веществ зависимости средней энергии электронов от температуры. В результате, если при нагреве проводника на одном его конце температура выше, то там электроны приобретают большие скорости, чем электроны на холодном конце проводника.

Кстати, у полупроводников с нагревом растет и концентрация электронов проводимости. Электроны с высокой скоростью устремляются к холодному концу, и там происходит накопление отрицательного заряда, а на горячем конце получается нескомпенсированный положительный заряд. Так возникает составляющая термо-ЭДС, называемая объемной ЭДС.

Второй фактор — у разных веществ контактная разность потенциалов зависит от температуры по-разному. Это связано с различием энергии Ферми у каждого из проводников, сведенных в контакт. Контактная разность потенциалов, возникающая при этом, оказывается пропорциональной разности энергий Ферми.

Получается электрическое поле в тонком приконтактном слое, причем разность потенциалов с каждой стороны (у каждого из сведенных в контакт проводников) будет одинаковой, и при обходе цепи по замкнутому контуру, результирующее электрическое поле будет равно нулю.

Но если температура одного из проводников будет отличаться от температуры другого, то в связи с зависимостью энергии Ферми от температуры, изменится и разность потенциалов. В результате возникнет контактная ЭДС — вторая составляющая термо-ЭДС.

Третий фактор — фононное увеличение ЭДС . При условии, что в твердом теле имеет место температурный градиент, количество фононов (фонон – квант колебательного движения атомов кристалла), движущихся в направлении от горячего конца к холодному будет преобладать, в результате чего вместе с фононами большое количество электронов будет увлекаться в сторону холодного конца, и там станет накапливаться отрицательный заряд, пока процесс не придет в равновесие.

Это дает третью составляющую термо-ЭДС, которая в условиях низких температур может в сотни раз превосходить две упомянутые выше составляющие.

В 1834 году французский физик Жан Шарль Пельтье открыл обратный эффект. Он обнаружил, что при прохождении электрического тока через контакт (спай) двух разнородных проводников выделяется или поглощается тепло.

Количество поглощаемого или выделяемого тепла связано с видом спаянных веществ, а также с направлением и величиной протекающего через спай электрического тока. Коэффициент Пельтье в формуле численно равен коэффициенту термо-ЭДС, умноженному на абсолютную температуру. Это явление известно теперь как .

В сути эффекта Пельтье в 1838 году разобрался русский физик Эмилий Христианович Ленц. Он экспериментально проверил эффект Пельтье, поместив каплю воды на место спая образцов сурьмы и висмута. Когда Ленц пропускал через цепь электрический ток, вода превращалась в лед, но когда ученый изменил направление тока на противоположное, лед быстро растаял.

Ученый установил таким образом, что при протекании тока не только выделялось джоулево тепло, но происходило также поглощение или выделение дополнительного тепла. Это дополнительное тепло получило название «тепло Пельтье».

Физическая основа эффекта Пельтье заключается в следующем. Контактное поле в месте спая двух веществ, созданное контактной разностью потенциалов, либо препятствует прохождению пропускаемого через цепь тока, либо способствует ему.

Если ток пропускается против поля, то требуется работа источника, который должен затратить энергию на преодоление контактного поля, в результате чего и происходит нагрев места спая. Ежели ток направлен так, что контактное поле поддерживает его, то работу совершает контактное поле, и энергия отнимается у самого вещества, а не расходуется источником тока. В результате вещество в месте спая охлаждается.

Наиболее выразителен эффект Пельтье у полупроводников, благодаря чему стали возможными модули Пельтье или термоэлектрические преобразователи .

В основе элемента Пельтье два полупроводника, контактирующие между собой. Эти полупроводники отличаются энергией электронов в зоне проводимости, поэтому при протекании тока через место контакта, электроны вынуждены приобретать энергию, чтобы смочь перейти в другую зону проводимости.

Так, при перемещении в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника, электроны поглощают энергию, охлаждая место перехода. При обратном направлении тока электроны отдают энергию, и происходит нагрев дополнительно к джоулеву теплу.

Полупроводниковый модуль Пельтье состоит из нескольких пар , имеющих форму маленьких параллелепипедов. Обычно в качестве полупроводников используют теллурид висмута и твердый раствор кремния и германия. Полупроводниковые параллелепипеды соединены между собой попарно медными перемычками. Эти перемычки служат контактами для теплообмена с керамическими пластинками.

Перемычки расположены так, что с одной стороны модуля только перемычки обеспечивающие переход n-p, а с другой стороны — только перемычки обеспечивающие переход p-n. В результате, при подаче тока, одна сторона модуля нагревается, другая — охлаждается, а если полярность питания сменить на противоположную, то сторона нагрева и охлаждения соответственно поменяются местами. Таким образом, при прохождении тока происходит перенос тепла с одной стороны модуля на другую, и возникает разность температур.

Если теперь одну сторону модуля Пельтье нагревать, а другую охлаждать, то в цепи возникнет термо-ЭДС, то есть будет реализован эффект Зеебека. Очевидно, эффект Зеебека (термоэлектрический эффект) и эффект Пельтье — две стороны одной медали.

Сегодня можно легко приобрести модули Пельтье по относительно доступной цене. Наиболее популярны модули Перьтье типа ТЕС1-12706, содержащие 127 термопар, и рассчитанные на питание 12 вольт.

При максимальном потреблении в 6 ампер, достижима разница температур в 60°С, при этом заявляемый производителем безопасный диапазон рабочих температур — от -30°С до +70°С. Размер модуля 40мм х 40мм х 4мм. Модуль может работать как в режиме охлаждения-нагревания, так и в .

Есть и более мощные модули Пельтье, например TEC1-12715, рассчитанный на 165 Вт. При питании напряжением от 0 до 15,2 вольт, с силой тока от 0 до 15 ампер, данный модуль способен развить разность температур в 70 градусов. Размер модуля также 40мм х 40мм х 4мм, однако диапазон безопасных рабочих температур шире – от -40°С до +90°С.

В таблице ниже приведены данные по модулям Пельтье, широко доступным сегодня на рынке:

Андрей Повный

Многие слышали про «магические» элементы Пельтье – при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая – нагревается. Это работает и в обратную сторону – если одну сторону нагревать, а другую охлаждать – вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей – есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё – КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями , так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Классические «китайские» элементы Пельтье – это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3. Соответственно, если рабочее напряжение 12В – то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье – это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В – у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) – ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С – перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице – 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию – нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С – так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется – то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие – как керамика, так и сами охлаждающие элементы – я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:



Итак, маленький элемент – 5В*2А, большой – 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея – вынести все на морозный воздух, но есть проблема – кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам – к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях – добавим килограммовую медную пластину – тепловой аккумулятор.


Результат шокирующий – те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха – -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.

Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда – подключаем ток – на 12В температура моментально начинает расти, при 5В – падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты… Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах – я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов – поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом – получится жидкий азот для «бедных» – в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей – получить обморожение существенно легче.

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

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 можно до 70 %. В данном случае важно рассчитать

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

Модель для холодильника 15 В

Делается холодильник Пельтье своими руками с малой 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?

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.

Элемент Пельтье – это специальный термоэлектрический преобразователь, который работает по одноименному принципу Пельтье – возникновении разности температур во время подачи электрического тока. В английском языке чаще всего упоминается как ТЕС, что в переводе означает термоэлектрический охладитель.

Как работает элемент Пельтье

Работа элемента Пельтье базируется на контакте двух токопроводящих материалов, которые обладают разным уровнем энергии электронов в зоне проводимости. При подаче электрического тока через подобную связь, электрон приобретает высокую энергию , чтобы потом перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. В момент поглощения этой энергии осуществляется охлаждение места охлаждения проводников. Если же ток протекает в обратном направлении – то это приводит к нагреванию места контакта и к обычному тепловому эффекту.

Если с одной стороны сделать хороший отвод тепла, например, при использовании радиаторных систем, то холодная сторона сможет обеспечить очень низкую температуру, которая на десятки градусов будет ниже температуры окружающего мира. Величина тока пропорциональна степени охлаждения. Если же сменить полярность электрического тока, то стороны (тёплая и холодная) просто поменяются местами.

В контакте с металлической поверхностью элемент Пельтье становится настолько малым, что его практически невозможно заметить на фоне омического нагрева и других эффектов теплопроводности. Именно поэтому на практике применяется два полупроводника.

Количество термопар может быть самым разнообразным – от 1 до 100 , за счёт чего можно сделать элемент Пельтье практически с любыми показателями холодильных мощностей.

Практическое применение

В наше время элементы Пельтье активно применяются для:

  1. холодильников;
  2. кондиционеров;
  3. автомобильных охладителей;
  4. кулеров для воды
  5. видеокарт ПК;

Элемент Пельтье получил широкое применение в различных холодильных системах, в том числе и среди холодильников и кондиционеров. Возможность достигать очень низких температур делает его превосходным решением для охлаждения электрических приборов или технического оборудования, подвергающегося нагреву. Сегодня разработчики применяют элементы Пельтье в акустических и звуковых системах, где они выполняют роль обычного куллера. Отсутствие интенсивных звуков делает процесс охлаждения практически бесшумным, что является прекрасным преимуществом элемента.

В наше время подобная технология пользуется большой популярностью за счёт очень мощной теплоотдачи . К тому же, современные элементы Пельтье отличаются очень компактными габаритами, а их радиаторы способны хранить нужную температуру на протяжении длительного времени. Ещё одним преимуществом элементов Пельтье является их долговечность, т.к. они состоят из цельных неподвижных элементов, что уменьшает вероятность поломок. Конструкция самого распространённого типа выглядит очень просто и включает в себя два медные проводника с контактами и соединительными проводами, также изолирующий элемент, который изготовляется из нержавеющей стали или керамических материалов.

Учитывая простоту конструкции, сделать элемент Пельтье своими руками в домашних условиях совсем несложно. Его можно будет использовать для холодильников или прочих приборов . Перед началом работ вам нужно подготовить две металлические пластины и проводку с контактами. Изначально подготовьте проводники, которые необходимо установить у основания элемента. Как правило, применяются проводники с маркировкой «РР».

Также стоит заранее позаботиться об полупроводниках на выходе. Они будут применяться для отдачи тепла на верхнюю пластину. В процессе установки задействуйте паяльник. На конечном этапе нужно присоединить два провода. Первый устанавливается у основания и прочно закрепляется возле крайнего проводника. Важно учесть, чтобы любые соприкосновения с пластиной были устранены.

Второй проводник прикрепляется у верхней части. Фиксируется он таким же образом, как и первый – к крайнему проводнику. Чтобы проверить функциональность устройства стоит применить тестер. Просто соедините два провода к прибору и проверьте вольтаж. Отклонение напряжения будет составлять где-то 23 В .

Как сделать элементы Пельтье для холодильника?

Элементы Пельтье своими руками для холодильника изготавливаются также просто и быстро. Первое, что нужно учесть перед работами, это – материал пластины. Это должна быть прочная керамика. Что касается проводников, то их нужно подготовить не меньше 20-ти штук , что позволит добиться максимального перепада температур. При правильном расчете коэффициент полезного действия может быть увеличен на 70%.

Многое зависит от мощности используемого оборудования. Если холодильник работает на основе жидкого фреона, то проблем с мощностью никогда не будет. Элемент Пельтье, который был изготовлен своими руками устанавливается непосредственно возле испарителя, который установлен вместе с мотором. Для подобного монтажа вам понадобится запастись самым стандартным набором инструментов и прокладками. Они будут применены для элемента модели от пускового реле. С помощью подобного решения охлаждение в нижней части устройства произойдёт намного быстрее.

Стоит помнить, что перед тем как сделать элемент Пельтье для холодильника своими руками, вам нужно запастись достаточным количеством электрических проводников. Для того чтобы добиться разницы в температурах при разработке элемента своими руками, используйте не меньше 16 проводов . Обязательно обеспечьте им качественную изоляцию и только тогда подключайте к компрессору. Убедившись в надёжности и безопасности связи между проводами можно переходить к их соединению. После завершения установки ещё раз проверьте силу предельного напряжения с помощью тестера. Если работа элемента была нарушена, это первым делом скажется на терморегуляторе. Иногда случается его короткое замыкание.

Помимо холодильников, элементы Пельтье активно применяются и в автомобильных охладителях. Сделать качественный автомобильный холодильник своими руками тоже достаточно просто. Для этого необходимо найти хорошую керамическую пластину с толщиной не меньше 1.1 миллиметра. Провода должны быть немодульными. В качестве проводников лучше всего использовать медные провода с пропускной способностью не меньше 4 Ампера .

В связи с этим максимальное отклонение температур будет доходить до десяти градусов, что считается нормой. В частых случаях используются проводники с маркировкой «ПР20», которые сумели отличиться максимальной надёжностью и стабильностью работы. К тому же они подходят для различных типов контактов. При соединении устройства с конденсатором стоит применить паяльник.

Как сделать элемент Пельтье для кулера питьевой воды?

Кулер питьевой воды – это очень важное и необходимое устройство, которое вовремя охлаждает или нагревает питьевую воду. Чтобы ускорить процесс охлаждения , можно применить элемент Пельтье. Сделать его можно так же просто, как и для холодильника или автомобильного охладителя:

  • В качестве пластины стоит использовать исключительно керамическую поверхность.
  • В устройстве применяется не меньше 12 проводников, которые смогут выдерживать высокое сопротивление.
  • Для подключения нужно использовать два провода (желательно медные). Элемент устанавливается в нижней части кулера. К тому же он может соприкасаться с крышкой устройства. Но чтобы предотвратить возможные короткие замыкания фиксируйте всю проводку на решетке либо корпусе.

Элемент Пельтье для кондиционеров своими руками

Если речь идёт об элементе Пельтье для кондиционеров, то он может быть изготовлен только из проводника «ПР12». Дело в том, что этот тип проводников отлично выдерживает аномальные температуры и способен выдавать до 23В напряжения. Сопротивление при этом должно колебаться в пределах 3 Ом. Максимальные перепады температур будут достигать 10 градусов и КПД – 65 процентов. Проводники нужно укладывать в один ряд .

Стоит отметить, что элемент Пельтье может служить в качестве охладителя для видеокарты персонального компьютера. Для изготовления охладителя нужно взять 14 проводников, желательно из меди. Чтобы подключить элемент Пельтье к видеокарте ПК нужно задействовать немодульный проводник. Само устройство монтируется рядом с встроенным кулером на видеокарте. Для закрепления можно использовать маленькие металлические уголки, а для фиксации обычные гаечки.

Если при работе замечаются какие-то интенсивные шумы и прочие неестественные звуки, стоит проверить работоспособность проводки и осмотреть каждый проводник.

Охлаждающие элементы. Пельтье (элемент) своими руками как сделать

Многие слышали про «магические» элементы Пельтье – при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая – нагревается. Это работает и в обратную сторону – если одну сторону нагревать, а другую охлаждать – вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей – есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё – КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями , так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Классические «китайские» элементы Пельтье – это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3. Соответственно, если рабочее напряжение 12В – то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье – это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В – у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) – ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С – перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице – 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию – нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С – так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется – то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие – как керамика, так и сами охлаждающие элементы – я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:



Итак, маленький элемент – 5В*2А, большой – 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея – вынести все на морозный воздух, но есть проблема – кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам – к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях – добавим килограммовую медную пластину – тепловой аккумулятор.


Результат шокирующий – те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха – -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.

Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда – подключаем ток – на 12В температура моментально начинает расти, при 5В – падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты… Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах – я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов – поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом – получится жидкий азот для «бедных» – в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей – получить обморожение существенно легче.

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье (ЭП) несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения воды в аквариуме. Сегодня ЭП стали еще более доступными, а сфера их применения существенно расширилась. К примеру, в охладителях воды , которые часто можно встретить в офисах, используются ЭП. Там они в форме квадрата 4×4 см (рис.2) с помощью специальной термопасты и стяжных винтов закреплены между радиатором охлаждения и корпусом водяного резервуара, “холодной” поверхностью к резервуару. Распространены и другие ЭП.

Рис. 2 Элемент Пельтье

Воснове работы элемента Пельтье лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье. В1834 г. Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется тепло (в зависимости от направления тока). Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и пропорциональна проходящему току. Элемент Пельтье обратим. Если приложить к нему разность температур, в цепи потечет ток.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного металла в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате, происходит охлаждение.

Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае исполь зования полупроводников (р- и n-типа проводимости). В зависимости от направления электрического тока через р-n-переходы вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (р), и их рекомбинации энергия либо поглощается, либо выделяется.

Рис. 3 Эффект Пельтье

Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Q c), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Q h). В результате, происходит нагрев (Т h) или охлаждение (Т с) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к р-п-переходу (рис.3), и возникает разность температур (AT=T h -T c) между его сторонами: одна пластина охлаждается, а другая нагревается. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая, и она изображается снизу.

Рис. 4

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар (рис.4), обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (рис.5). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида

Рис. 5 Термоэлектрический модуль Пельтье

алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах (от нескольких единиц до нескольких сотен), что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки (селен и сурьму).

Рис. 6

Типичный модуль (рис.6) обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающейся поверхности вторая поверхность-холодильник позволяет достичь отрицательных значений температуры. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье (рис.7) при обеспечении их достаточного охлаждения. Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье часто называют “активными холодильниками Пельтье” или просто “кулерами Пельтье”.

Рис. 7, каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье

Использование модулей Пельтье в активных кулерах делает их более эффективными по сравнению со стандартными кулерами на основе радиаторов и вентиляторов. Однако в процессе конструирования и использования кулеров с модулями Пельтье необходимо учитывать ряд специфических особенностей, вытекающих из конструкции модулей и их принципа работы.

Большое значение имеет мощность модуля Пельтье, которая, как правило, зависит от его размеров. Модуль малой мощности не обеспечит необходимого охлаждения, что может привести к нарушению работы защищаемого элемента вследствие его перегрева. Однако применение модулей слишком большой мощности может вызвать понижение температуры охлаждающего радиатора до

Рис. 8, активный кулер, на основе полупроводникового модуля Пельтье

уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных устройств. Модули Пельтье в процессе работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине следует применять в составе кулера мощный вентилятор. На рис.8 показан активный кулер, в котором использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, максимальное напряжение для которых составляет примерно 16 В. Но на эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т.е. примерно 75% U max . Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным: позволяет обеспечить достаточную мощность охлаждения при приемлемой экономичности. При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности незначительно, а потребляемая мощность резко увеличивается. При понижении напряжения питания экономичность растет, поскольку холодильная мощность также уменьшается, но линейно.

Табл.1 элемент Пельтье, характеристики

Тип модуля

Характеристики

I max ,A

U max ,B

Q max ,Bт

Размеры, мм

А-ТМ8,5-27-1 ,4

| 15,4

72,0

40x40x3,7

А-ТМ8,5-127-1,4HR1

15,4

72,0

40x40x3,4

А-ТМ8,5-127-1,4HR2

15,4

72,0

140x40x3,7

А-ТМб.0-127-1,4

15,4

53,0

40x40x4,2

А-ТМ6,0-127-1.4HR1

15,4

53,0

40x40x3,8

А-ТМ6,0-127-1,4HR2

15,4

53,0

40x40x4,2

А-ТМЗ,9-127-1,4

15,4

35,0

40x40x5,1

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

15,4

35,0

40x40x4,8

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

15,4

35,0

40x40x5,1

A-TM3,9-127-1,4

15,4

34,0

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

15,4

34,0

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

15,4

34,0

30x30x3,9

А-ТМ37,5-49-3,0

37,5

130,0

40x40x4,3

A-TM37,5-49-3,0HR1 i

15,4

72,0

40x40x4,3

A-TM6,0-31-1,4

3,75

12,5

20x20x4,2

A-TM6,0-31-1,4HR1

3,75

12,5

20x20x4,2

Примечание: модули с маркировной HR1 и HR2 отличаются повышенной надежностью.

Для модулей с другим числом пар ветвей (отличным от 127) напряжение можно выбирать по тому же принципу: 75% от U max , но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны и возможности источников питания. Например, на модули серии “ДРИФТ” (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В.

При эксплуатации важен надежный термический контакт между теплообменником и радиатором, поэтому ТЭМ крепится с использованием термопроводящей пасты (например, КПТ-8). Если нет специальной термопасты, можно с успехом применить фармакологические средства, купленные в аптеке, например, пасту Лассари или салицилово-цинковую пасту.

Поскольку максимальная температура на горячей стороне ТЭМ достигает +80°С (в высокотемпературных охладителях фирмы Supercool – +150°С), важно, чтобы ЭП охлаждался правильно. Горячая поверхность ТЭМ должна быть обращена к радиатору, с другой стороны которого установлен вентилятор охлаждения (поток воздуха направляется от радиатора). Вентилятор и ТЭМ в соответствии с полярностью подключаются к источнику питания, который может быть простейшим: понижающий трансформатор, выпрямитель на диодах и сглаживающий оксидный конденсатор. Но пульсации питающего напряжения не должны превышать 5%, в противном случае эффективность ТЭМ уменьшается. Лучше, если вентилятор и ТЭМ управляются электронным устройством на основе компаратора и датчика температуры. Как только температура охлаждаемого объекта повышается свыше установленного порога, автоматически включаются охладитель и вентилятор, и начинается охлаждение. Степень охлаждения (или нагрева) пропорциональна проходящегому через ТЭМ току, что позволяет с высокой точностью регулировать температуру “обслуживаемого” объекта.

Термоэлектрические модули загерметизированы, так что их можно применять даже в воде. Керамичес кая поверхность ТЭМ зашлифована, к ламелям (выводам) припаяны черный (“-”) и красный (“+”) провода. Если ТЭМ (рис.2) расположить выводами к себе так, чтобы черный провод был слева, а красный справа, сверху будет холодная сторона, а снизу – горячая. Маркировка обычно наносится на горячую сторону.

Табл.2

Температура воздействия, 0С

Место воздействия (сторона 1 или 2)*

Время воздействия, сек

Сотротивление (по прошествии времени воздействия), кОм

Постоянное

Нагрев зажигалкой

Нагрев зажигалкой**

>2000

5 (в холодильнике)

20 (на улице зимой)

36 после охлаждения в холодильнике (-5)

36 после охлаждения на улице (-20)

100 (кипящая вода)

Топка русской печи (открытое пламя)

0,06

Примечания:

* – сторона 1 – сторона с нанесенной маркировкой, сторона 2 – обратная сторона (относительно маркировки).

** При нагреве тыльной стороны в течение 4 с зажигалкой с открытым пламенем, касавшимся поверхности ЗП, на выводах был зафиксирован ток 200 мкА.

Наиболее “ходовые” типы модулей Пельтье – это однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей расшифровываются следующим образом: первое число – это количество термопар в модуле, второе – ширина сторон ветки (в мм), третье – высота ветки (в мм). Например, ТВ-127-1,4-1,5 – модуль, состоящий из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4×1,4×1,5 мм. Размеры модулей – 40×40 мм, толщина – около 4 мм. Стандартные однокаскадные модули выпускаются с максимальной мощностью до 70 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Типовые параметры ТЭМ приведены в табл.1.

Табл.3 Параметры термоэлектрического генератора

Рис. 9 термоэлектрический генератор

В экспериментах с ТЭМ я проверил изменение его сопротивления в разных режимах. К выводам (ламелям) модуля подключался тестер М830 в режиме измерения сопротивления. Результаты сведены в табл.2. При температурном воздействии, большем чем комнатная температура, на сторону ТЭМ с маркировкой, его сопротивление уменьшалось, на оборотную сторону – пропорционально увеличивалось (в строках 2 и 3 таблицы показана реакция на прикосновение ребром ладони к поверхности ТЭМ, температура указана приблизительно 36°С).

Учитывая обратимость элементов Пельтье , на их основе можно разрабатывать источники электропитания. Например, термоэлектрический генератор “В25-12(М)” компании “Криотерм” (рис.9) позволяет заряжать аккумуляторы мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, смотреть телевизор, продолжительное время работать на ноутбуке и пр. Единственное требование – нужна нагретая поверхность размерами 20×25 см. Параметры генератора приведены в табл.3 .

А.Кашкаров.

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.

Устройство и принцип действия элемента Пельтье.

Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа.

При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте. В результате, участок полупроводника, примыкающий к n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться.

Существует и обратный эффект. При нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.

Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля.

Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля.

Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье может достигать 70 °C.

Надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой. Т.е. чтобы холодная сторона имела низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру.

Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.

Применение.

Термоэлектрические модули Пельтье применяются:

  • в небольших бытовых и автомобильных холодильниках;
  • в охладителях воды;
  • в системах охлаждения электронных приборов;
  • в термоэлектрических генераторах.

Я, используя элемент Пельтье, сделал .

Достоинства и недостатки модулей Пельтье.

Как-то неправильно сравнивать элементы Пельтье с компрессорными охлаждающими установками. Совсем разные устройства – большая механическая система с компрессором, газом, жидкостью и маленький полупроводниковый компонент. А больше сравнивать не с чем. Поэтому достоинства и недостатки модулей Пельтье весьма условное понятие. Есть области, в которых они не заменимы, а в других случаях их применение совершенно нецелесообразно.

К достоинству элементов Пельтье можно отнести:

  • отсутствие механически движущихся частей, газов, жидкостей;
  • бесшумная работа;
  • небольшие размеры;
  • возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание;
  • возможность плавного регулирования мощности охлаждения.

Недостатки:

  • низкий кпд;
  • необходимость в источнике питания;
  • ограниченное число старт-стопов ;
  • высокая стоимость мощных модулей.

Параметры элементов Пельтье.

  • Qmax (Вт) – холодопроизводительность, при максимально-допустимом токе и разности температур между горячей и холодной сторонами равной 0. Считается, что вся тепловая энергия поступающая на холодную поверхность, мгновенно, без потерь передается на горячую.
  • Delta Tmax (град) – максимальная разность температур между поверхностями модуля при идеальных условиях: температура горячей стороны – 27 °C и холодная сторона с нулевой отдачей тепла.
  • Imax (А) – ток, обеспечивающий перепад температур delta Tmax.
  • Umax (В) – напряжение, при токе Imax и разности температур delta Tmax.
  • Resistance (Ом) – сопротивление модуля постоянному току.
  • COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, отношение мощности охлаждения к электрической мощности, потребляемой модулем. Т.е. подобие кпд. Обычно 0.3-0.5.

Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.

Модули Пельтье – капризные устройства. Их применение сопряжено с рядом требований, не выполнение которых приводит: к деградации модуля или выходу из строя, снижению эффективности системы.

  • Модули выделяют значительное количество тепла. Для отвода тепла должен быть установлен соответствующий радиатор . Иначе:
    • Невозможно достичь нужной температуры холодной стороны, т.к. элемент Пельтье снижает температуру относительно горячей поверхности.
    • Допустимый нагрев горячей стороны как правило + 80 °C (в высокотемпературных до 150 °C). Т.е. модуль может просто выйти из строя.
    • При высоких температурах кристаллы модуля деградируют, т.е. снижается эффективность и срок службы модуля.
  • Важен надежный тепловой контакт модуля с радиатором охлаждения.
  • Источник питания для модуля должен обеспечивать ток с пульсациями не более 5% . При более высоком уровне пульсаций эффективность модуля снизится, по некоторым данным на 30-40%.
  • Не допустимо, для управления элементом Пельтье, использовать релейные регуляторы. Это приведет к быстрой деградации модуля. Каждое включение – выключение вызывает деградацию полупроводниковых термопар. Из-за резких изменений температуры между пластинами модуля возникают механические напряжения в местах спайки с полупроводниками. Производители элементов Пельтье нормируют количество циклов старт-стопов модуля. Для бытовых модулей это порядка 5000 циклов. Релейный регулятор выведет из строя модуль Пельтье за 1-2 месяца.
  • К тому же элемент Пельтье обладает высокой теплопроводностью между поверхностями. При выключении, тепло радиатора горячей стороны, через модуль будет передаваться на холодную сторону.
  • Недопустимо , для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию .
  • Чем надо питать элемент Пельтье источником тока или напряжения? Обычно используют источник напряжения. Он проще в реализации. Но вольт-амперная характеристика модуля Пельтье нелинейная и крутая. Т.е. при небольшом изменении напряжения ток меняется значительно. И вдобавок, характеристика меняется при изменении температуры поверхностей модуля. Надо стабилизировать мощность , т.е. произведение тока через модуль на напряжение на нем. Охлаждающая способность элемента Пельтье напрямую связана с электрической мощностью. Конечно, для этого необходим достаточно сложный регулятор.
  • Напряжение модуля зависит от количества термопар в нем. Чаще всего это 127 термопар, что соответствует напряжению 16 В. Разработчики элементов рекомендуют подавать до 12 В , или 75% Umax. При таком напряжении обеспечивается оптимальная эффективность модулей.
  • Модули имеют герметичное исполнение, их можно использовать даже в воде.
  • Полярность модуля отмечена цветами проводов – черный и красный. Как правило, красный (положительный) провод расположен справа, относительно холодной стороны.

Мною был разработан для холодильника, удовлетворяющим всем этим требованиям. Он:

  • Вырабатывает питание для элемента Пельтье с пульсациями не более 2%.
  • Стабилизирует на модуле электрическую мощность, т.е. произведение тока на напряжение.
  • Обеспечивает плавное включение модуля.
  • Регулировка температуры происходит по принципу аналогового регулирования, т.е. плавного изменения мощности на элементе пельтье.
  • Контроллер разработан для холодильника, поэтому математика регуляторов учитывает инерционность охлаждения воздуха в камере.
  • Обеспечивает контроль температуры горячей стороны модуля и управление вентилятором.
  • Имеет высокий кпд, широкие функциональные возможности.

Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706.

Это самый распространенный тип элемента Пельтье. Используется во многих бытовых приборах. Не дорогой, с неплохими параметрами. Хороший вариант для изготовления маломощных холодильников, охладителей воды и т.п.

Характеристики модуля TEC1-12706 привожу в переводе на русский из документации компании производителя – HB Corporation.

Технические параметры TEC1-12706.

Графические характеристики.

0 Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.

Явление возникновения термо-ЭДС было открыто немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в далеком в 1821 году. А заключается это явление в том, что в замкнутой электрической цепи, состоящей из соединенных последовательно разнородных проводников, при условии что их контакты находятся в условиях различных температур, возникает ЭДС.

Данный эффект, названный по имени его первооткрывателя эффектом Зеебека, называют теперь просто термоэлектрическим эффектом .

Если цепь состоит всего из пары разнородных проводников, то такая цепь называется . В первом приближении можно утверждать, что величина термо-ЭДС зависит лишь от материала проводников и от температур холодного и горячего контактов. Таким образом, в небольшом интервале температур термо-ЭДС пропорциональна разности температур холодного и горячего контактов, а коэффициент пропорциональности в формуле называется коэффициентом термо-ЭДС.

Так например, при разности температур в 100°С, при температуре холодного контакта 0°С, пара медь-константан обладает термо-ЭДС величиной в 4,25мВ.

Между тем, термоэлектрический эффект имеет в своей основе три составляющих:

Первый фактор — различие у разных веществ зависимости средней энергии электронов от температуры. В результате, если при нагреве проводника на одном его конце температура выше, то там электроны приобретают большие скорости, чем электроны на холодном конце проводника.

Кстати, у полупроводников с нагревом растет и концентрация электронов проводимости. Электроны с высокой скоростью устремляются к холодному концу, и там происходит накопление отрицательного заряда, а на горячем конце получается нескомпенсированный положительный заряд. Так возникает составляющая термо-ЭДС, называемая объемной ЭДС.

Второй фактор — у разных веществ контактная разность потенциалов зависит от температуры по-разному. Это связано с различием энергии Ферми у каждого из проводников, сведенных в контакт. Контактная разность потенциалов, возникающая при этом, оказывается пропорциональной разности энергий Ферми.

Получается электрическое поле в тонком приконтактном слое, причем разность потенциалов с каждой стороны (у каждого из сведенных в контакт проводников) будет одинаковой, и при обходе цепи по замкнутому контуру, результирующее электрическое поле будет равно нулю.

Но если температура одного из проводников будет отличаться от температуры другого, то в связи с зависимостью энергии Ферми от температуры, изменится и разность потенциалов. В результате возникнет контактная ЭДС — вторая составляющая термо-ЭДС.

Третий фактор — фононное увеличение ЭДС . При условии, что в твердом теле имеет место температурный градиент, количество фононов (фонон – квант колебательного движения атомов кристалла), движущихся в направлении от горячего конца к холодному будет преобладать, в результате чего вместе с фононами большое количество электронов будет увлекаться в сторону холодного конца, и там станет накапливаться отрицательный заряд, пока процесс не придет в равновесие.

Это дает третью составляющую термо-ЭДС, которая в условиях низких температур может в сотни раз превосходить две упомянутые выше составляющие.

В 1834 году французский физик Жан Шарль Пельтье открыл обратный эффект. Он обнаружил, что при прохождении электрического тока через контакт (спай) двух разнородных проводников выделяется или поглощается тепло.

Количество поглощаемого или выделяемого тепла связано с видом спаянных веществ, а также с направлением и величиной протекающего через спай электрического тока. Коэффициент Пельтье в формуле численно равен коэффициенту термо-ЭДС, умноженному на абсолютную температуру. Это явление известно теперь как .

В сути эффекта Пельтье в 1838 году разобрался русский физик Эмилий Христианович Ленц. Он экспериментально проверил эффект Пельтье, поместив каплю воды на место спая образцов сурьмы и висмута. Когда Ленц пропускал через цепь электрический ток, вода превращалась в лед, но когда ученый изменил направление тока на противоположное, лед быстро растаял.

Ученый установил таким образом, что при протекании тока не только выделялось джоулево тепло, но происходило также поглощение или выделение дополнительного тепла. Это дополнительное тепло получило название «тепло Пельтье».

Физическая основа эффекта Пельтье заключается в следующем. Контактное поле в месте спая двух веществ, созданное контактной разностью потенциалов, либо препятствует прохождению пропускаемого через цепь тока, либо способствует ему.

Если ток пропускается против поля, то требуется работа источника, который должен затратить энергию на преодоление контактного поля, в результате чего и происходит нагрев места спая. Ежели ток направлен так, что контактное поле поддерживает его, то работу совершает контактное поле, и энергия отнимается у самого вещества, а не расходуется источником тока. В результате вещество в месте спая охлаждается.

Наиболее выразителен эффект Пельтье у полупроводников, благодаря чему стали возможными модули Пельтье или термоэлектрические преобразователи .

В основе элемента Пельтье два полупроводника, контактирующие между собой. Эти полупроводники отличаются энергией электронов в зоне проводимости, поэтому при протекании тока через место контакта, электроны вынуждены приобретать энергию, чтобы смочь перейти в другую зону проводимости.

Так, при перемещении в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника, электроны поглощают энергию, охлаждая место перехода. При обратном направлении тока электроны отдают энергию, и происходит нагрев дополнительно к джоулеву теплу.

Полупроводниковый модуль Пельтье состоит из нескольких пар , имеющих форму маленьких параллелепипедов. Обычно в качестве полупроводников используют теллурид висмута и твердый раствор кремния и германия. Полупроводниковые параллелепипеды соединены между собой попарно медными перемычками. Эти перемычки служат контактами для теплообмена с керамическими пластинками.

Перемычки расположены так, что с одной стороны модуля только перемычки обеспечивающие переход n-p, а с другой стороны — только перемычки обеспечивающие переход p-n. В результате, при подаче тока, одна сторона модуля нагревается, другая — охлаждается, а если полярность питания сменить на противоположную, то сторона нагрева и охлаждения соответственно поменяются местами. Таким образом, при прохождении тока происходит перенос тепла с одной стороны модуля на другую, и возникает разность температур.

Если теперь одну сторону модуля Пельтье нагревать, а другую охлаждать, то в цепи возникнет термо-ЭДС, то есть будет реализован эффект Зеебека. Очевидно, эффект Зеебека (термоэлектрический эффект) и эффект Пельтье — две стороны одной медали.

Сегодня можно легко приобрести модули Пельтье по относительно доступной цене. Наиболее популярны модули Перьтье типа ТЕС1-12706, содержащие 127 термопар, и рассчитанные на питание 12 вольт.

При максимальном потреблении в 6 ампер, достижима разница температур в 60°С, при этом заявляемый производителем безопасный диапазон рабочих температур — от -30°С до +70°С. Размер модуля 40мм х 40мм х 4мм. Модуль может работать как в режиме охлаждения-нагревания, так и в .

Есть и более мощные модули Пельтье, например TEC1-12715, рассчитанный на 165 Вт. При питании напряжением от 0 до 15,2 вольт, с силой тока от 0 до 15 ампер, данный модуль способен развить разность температур в 70 градусов. Размер модуля также 40мм х 40мм х 4мм, однако диапазон безопасных рабочих температур шире – от -40°С до +90°С.

В таблице ниже приведены данные по модулям Пельтье, широко доступным сегодня на рынке:

Андрей Повный

Термоэлектрический охладитель Пельтье.

Принцип действия заимствовал из нета: В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

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

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов – одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются – или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

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

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

Элемент Пельтье, работающий от 12 Вольт.

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

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками | Лучшие самоделки своими руками

В летнее жаркое время находясь на даче или в душном офисе где нет холодильника наверняка захочется выпить охлаждённый напиток или же просто сохранить до обеда еду, чтобы не испортилась, для этого предлагаем сделать очень простой в изготовлении мини-холодильник на элементе Пельтье TEC1-12706 своими руками, изготовление такого холодильника не займёт у Вас много времени.

 

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Детали которые нужны для создания мини-холодильника:

  • Элемент Пельтье TEC1-12706 на 72 Ватта;
  • Листы пенопласта;
  • Кулер с радиатором для процессора;
  • Радиатор под размер элемента Пельтье;
  • Теплопроводный клей;
  • Двусторонний скотч;
  • Блок питания на 12В.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Как сделать холодильник на элементе Пельтье TEC1-12706, пошаговая инструкция:

Шаг 1

Намазываем теплопроводным клеем на радиаторе место где будет размещаться элемент Пельтье и прикладываем этот элемент к радиатору, затем берём радиатор поменьше, намазываем также теплопроводным клеем и приклеиваем с другой стороны элемента Пельтье.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Шаг 2

В листе пенопласта который послужит задней стенкой холодильника примерно в центре проделываем квадратное отверстие под маленький радиатор и с помощью клеевого пистолета приклеиваем болты кулера к пенопласту.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Шаг 3

Приклеиваем с помощью двухстороннего скотча сначала верхнюю и нижнюю стенки мини-холодильника, затем две боковые, но так как стенки будут двойные то сначала нужно вставить в средину внутренние стенки, которые должны быть короче наружных на толщину пенопластового листа, к приклеенным на торцы двусторонним скотчем, а затем уже ставим вторые наружные боковые стенки также приклеив на двусторонний скотч.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Затем вставляем внутрь верхнюю и нижнюю внутреннюю стенку холодильника.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Шаг 4

Делаем дверку для нашего холодильника, для этого вырезаем два прямоугольника, один должен быть вырезан по максимальному размеру сторон холодильника, а второй меньше на толщину листов пенопласта со всех 4-х сторон, чтобы он входил внутрь боковых стенок обеспечивая максимальную герметичность.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Шаг 5

В качестве крепления дверки (крепёжной петли) к боковой стенки используем скотч.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Шаг 6

Перейдём к электронике, у кулера имеется 3 проводка: красный – плюс, чёрный – минус, и синий – регуляция оборотов, последний нам не понадобится его можно отрезать.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

С помощью стяжки стягиваем 4 провода (два от кулера и два от элемента Пельтье) вместе.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

С помощью ножниц равняем провода, чтобы были одинаковой длины:

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Спаиваем провода чёрный с чёрным, красный с красным, а затем красные припаиваем к плюсовому проводу блока питания, а чёрные к минусовому, перед этим надев на них термоусадочные трубки.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Всё, мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) сделанный своими руками за короткое время готов к использованию. При температуре в комнате 32,6 градусов, воду удалось охладить до 11,9 градусов. Предлагаем и Вам повторить данную конструкцию самодельного мини холодильника.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Вопрос: Как сделать гальванический элемент своими руками? – Дом и сад

Содержание статьи:

 

гальванический элемент Мейдингера своими руками

Видео взято с канала: Fodiator Ch


 

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СВОИМИ РУКАМИ? ЛЕГКО!

Видео взято с канала: Андрей Вольт


 

Пельтье элемент своими руками как сделать

Видео взято с канала: Kotel Sovetov


 

ПЕЛЬТЬЕ ЭЛЕМЕНТ СВОИМИ РУКАМИ МикроЕдиничный Генератор

Показать описание

Хотите сделать свой собственный Элемент Пельтье? А заставить светиться четыре светодиода от двух проволочек и спички?
https://zen.yandex.ru/media/dima/pelte-element-svoimi-rukami-5ecb939244070e5cfc492681.
В этот раз я провел довольно интересный эксперимент проверил способность повышающего генератора на германиевом транзисторе работать от сверх низких токов и напряжений. Ну и разумеется способность самодельного элемента Пельтье из термопар выдать достаточно электрической энергии для питания четырех светодиодов..
Опыт оказался настолько хорош, что я непременно его повторю еще не раз..
Попытки заставить работать хоть какую то нагрузку от тока термопары делали многие и я в том числе. Но слишком малые токи и напряжения не давали шансов запустить повышающий преобразователь на кремниевых транзисторах..
Выручил, недавно собранный для экспериментов, повышающий преобразователь на одном транзисторе из германия..
Хотя работа германиевых переходов, описанная в литературе начинается с 0,2 вольта, в моем случае напряжение от термопары, при мизерном токе, было менее 0,04 вольта и, при этом, генератор запустился в работу и заставил светиться четыре зеленых светодиода..
Научные чудеса или факты подтвержденные экспериментом..
#ЭлементПельтьеСвоимиРуками #СветодиодОтТермопары #СуперНизковольтныйГенератор.
Для тех кому нужны подробности (бываю там редко).

https://zen.yandex.ru/dima.

https://vk.com/id26168899.

https://ok.ru/profile/570092326202/.

https://www.facebook.com/profile.php?id=100009896914428

Видео взято с канала: AmazingINVENTIONS


 

Самодельный элемент питания(батарейка).

Видео взято с канала: Выживи любой ценой


 

гальванический элемент своими руками

Видео взято с канала: Артём Швайка


 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ВОДЫ ВЕЧНЫЙ ФОНАРИК ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИГОРЬ БЕЛЕЦКИЙ

Показать описание

Халявное электричество из воды, древнейшая технология вполне работоспособна и сегодня. Простейший гальванический элемент своими руками. Вечная батарейка у вас дома…
Как Вам это видео? Поставьте лайк! Оставьте отзыв. Мне очень важна Ваша поддержка. Подпишитесь на мой канал и поделитесь с друзьям в соцсетях..
Самобеглый шарик https://www.youtube.com/watch?v=IlKfJNKj-5M.
Генератор из магнитного хранителя https://www.youtube.com/watch?v=bCFNMGLGPkI.
Ветрогенератор из кулера https://www.youtube.com/watch?v=eMmYrhoGz3I.
Двигатель из батарейки за 5 секунд https://www.youtube.com/watch?v=I6G3uB6KhaU.
Электричество из воздуха https://www.youtube.com/watch?v=SLW3EDs0R3M.
Ручной водяной насос https://www.youtube.com/watch?v=aszH7rqyE2Q.
Фонарик работает от тепла руки https://www.youtube.com/watch?v=J_RuoHFvHnk.
Халявный фонарик https://www.youtube.com/watch?v=stK70QALk1w.
Генератор электричества из воды https://www.youtube.com/watch?v=nvPCg0Mc4JU.
Двигатель из подшипника https://www.youtube.com/watch?v=-HYLzw431GY.
Генератор из светодиода https://www.youtube.com/watch?v=U96crV1M2XY.
Меня зовут Игорь Белецкий. Я давно увлекаюсь техническим творчеством и популяризацией науки в интернете. Мои видео говорят сами за себя. Я исследую физические явления, проверяю теории и демонстрирую результат..
Станьте свидетелем чудесного преобразования энергии из одного вида в другой. Занимательная физика, научные эксперименты, эффектные опыты, технические самоделки, идеи, гипотезы, изобретения и разоблачения..
Для тех, кто может поддержать мои эксперименты материально:
QIWI +380979363329.
WebMoney ( U333875824154; Z287234330137; R287776577874 ).
Яндекс деньги 410011260810394.
Мой сайт http://www.physicstoys.narod.ru, моя почта [email protected]

Видео взято с канала: Игорь Белецкий


Самодельный охладитель Пельтье с регулятором температуры DIY

Как построить термоэлектрический мини-холодильник Пельтье с использованием модуля TEC1-12706 и переключателя контроля температуры W1209

Для этого проекта я использовал свой блок питания ATX с коммутационной платой ATX, чтобы создать самодельный мини-холодильник Пельтье или бокс-холодильник Пельтье с цифровым термостатом (W1209).

Идея пришла мне в голову, когда я искал дешевый термоэлектрический холодильник своими руками. Вместо классического компрессора в этих холодильниках для охлаждения используются модули Пельтье.Основное преимущество этих устройств заключается в том, что в них нет движущихся частей, нет хлорфторуглеродов (CFC), ими управляют путем изменения подаваемого тока, они имеют более длительный срок службы и их легко заменить, если они когда-либо сломаются.

Проверьте эти модули Пельтье TEC12706 на Amazon (филиал)

Что такое термоэлектрический модуль Пельтье TEC-12706?

Эти модули Пельтье представляют собой керамический квадрат, содержащий два разных типа полупроводников. Модуль Пельтье действует как тепловой насос, когда к модулю подается электрический ток.Одна сторона Пельтье охлаждается, а другая нагревается. Есть два основных типа модулей, использующих эффект Пельтье; термоэлектрический охладитель (ТЭО) и термоэлектрический генератор (ТЭГ).

ТЭГ может выдерживать более высокие температуры и, как правило, более эффективен при большей разнице температур между горячей и холодной стороной. Эти модули в основном используются для генерации электрического тока путем нагрева одной стороны при сохранении холодной другой стороны. Они коммерчески используются для изготовления тепловентиляторов для дровяных печей.Дополнительную информацию о ТЭГах можно найти в другой моей публикации о термоэлектрических генераторах. С другой стороны, модуль Пельтье, который я буду использовать в этом проекте, представляет собой термоэлектрический охладитель (ТЕС). Существуют различные типы TEC, и я решил использовать TEC1 12706.

Для вашей информации, TE относится к термоэлектрическим. C обозначает нормальный размер по сравнению с маленьким размером (S). Цифра 1 представляет собой количество ступеней, обычно это один. Следующие числа используются для определения количества пар и текущего рейтинга.Число 127 означает, что имеется 127 пар полупроводников. Чем выше это число, тем более проводящим и эффективным будет этот модуль. Последнее число 06 указывает на текущую мощность этого модуля Пельтье. В этом случае номинальный ток TEC1-12706 составляет 6 ампер. Для получения дополнительной информации об этих устройствах Пельтье, не стесняйтесь читать больше в Википедии.

Насколько эффективны термоэлектрические модули Пельтье TEC-12706?

Эта эффективность модуля зависит от разницы температур между горячей и холодной сторонами блока Пельтье.Эти модули TEC более эффективны, когда разница температур между двумя сторонами ближе друг к другу. Таким образом, важно эффективно рассеивать тепло и холод, производимые с каждой стороны.

Для этого проекта я использую радиаторы, которые я взял со своего старого компьютера, но вы можете использовать радиаторы любого типа, какие только сможете найти. Для большей энергоэффективности радиаторы и модуль Пельтье следует собирать с использованием термопасты или теплопроводных силиконовых прокладок. Таким образом, тепло и холод будут беспрепятственно рассеиваться на радиаторах и увеличивать эффективность охладителя Пельтье.Я также использую компьютерные вентиляторы для рассеивания энергии на обоих радиаторах. Я использовал горячий клей, чтобы закрепить вентиляторы. Меньший нужно разместить над маленьким радиатором. Я использовал вентилятор на 24 В для внутренней стороны кулера, хотя я использую источник питания на 12 В. Таким образом снижается скорость вращения вентилятора и снижается выделяемое им тепло. Таким образом, ваш холодильник станет немного более эффективным.

Изготовление самодельного мини-холодильника Пельтье с использованием модуля Пельтье TEC-12706

Обязательно проверьте модуль Пельтье, прежде чем все подсоединять.Вы можете использовать батарею на 1,5 В, чтобы увидеть, какая сторона горячая, а холодная. Вы должны подключить большой радиатор и вентилятор к горячей стороне и использовать меньший радиатор и меньший вентилятор для холодной стороны. Чтобы построить мини-холодильник Пельтье, я использовал старую транспортировочную коробку из пенополистирола, которая была у меня под рукой. Опять же, чем больше утеплитель, тем эффективнее будет ваш самодельный холодильник. Я выбрал это, потому что было легко разрезать крышку и поместить в нее термоэлектрический модуль Пельтье.

AliExpress.com Товар – Элемент Пельтье TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье 12706 TEC 12V DIY холодильник Cooler Peltier TEC1-12706 diy electronic

Использование цифрового термостата W1209 для контроля температуры вашего самодельного холодильника Пельтье

Для управления температура моего самодельного холодильника Пельтье, я использую цифровой термостат W1209.Этот переключатель контроля температуры дешев и прост в использовании. Вы можете установить желаемую температуру с точностью до 0,1 градуса. Датчик будет контролировать питание, включая и выключая модуль Пельтье в зависимости от настроек. Проверьте схему проводов в конце этого поста, чтобы узнать, как все подключить к устройству Пельтье и источнику питания. Модуль Пельтье TEC-12706 теоретически может использовать до 6 ампер, поэтому ему нужен хороший источник питания. Я использовал старый блок питания ATX от своего компьютера и преобразовал его в настольный блок питания, используя переходник платы ATX.

Эффективность самодельного кулера Пельтье

Я использовал горячий клей для крепления вентиляторов. Меньший нужно разместить над маленьким радиатором. Я использовал вентилятор на 24 В для внутренней стороны кулера, хотя я использую источник питания на 12 В. Таким образом снижается скорость вращения вентилятора и снижается выделяемое им тепло. Таким образом, ваш холодильник станет немного более эффективным. Можно ожидать, что разница между температурой кулера и окружающей средой составит 10-15 градусов Цельсия. По Фаренгейту она упала с 70 до 50 градусов.

Общие выводы о самодельном мини-холодильнике Пельтье, сделанном своими руками

Этот кулер явно не так эффективен, как классический компрессорный холодильник, но это крутой электронный гаджет, дешевый и простой в сборке! Посмотрите мою коммутационную плату ATX Instructables или мое видео на YouTube, чтобы получить дополнительную информацию о лабораторном блоке питания, используемом в этом проекте, и о том, как выполнить преобразование блока питания вашего компьютера ATX. Надеюсь, эта информация окажется для вас полезной.

Материал, необходимый для этого проекта самодельного кулера

Самодельный холодильник Пельтье:

– Модуль Пельтье TEC1 12706 (eBay) (AliExpress) (Amazon)
– Переключатель контроля температуры W1209 цифровой термостат (eBay) (AliExpress) (Amazon)
– Теплопроводящая силиконовая прокладка (eBay) (AliExpress)
– 8 см компьютерный вентилятор (eBay) (AliExpress)
– 4 см компьютерный вентилятор 24 В (eBay) (AliExpress)
– транспортировочная коробка из пенопласта (или кулер любого типа, который у вас есть под рукой)
-Маленькие и большие радиаторы от старого ПК или любые радиаторы, которые могут быть у вас
-Электрические провода (я использую провода AWG14 и кабели Dupont)
-Пистолет для горячего клея

Преобразование источника питания ATX в лабораторный стол:

-ATX Плата Breakout Board (eBay) (AliExpress)
-Блок питания ATX (eBay)

Пожалуйста, посетите мою страницу с инструкциями, чтобы узнать больше об этом холодильнике Пельтье, сделанном своими руками.Также посмотрите мой предыдущий пост, чтобы узнать, как использовать цифровой мультиметр DT830B для измерения напряжения и силы тока.

Предупреждение и отказ от ответственности

Блок питания ATX может обеспечивать достаточный ток, чтобы вызвать серьезные травмы или смерть. Я не несу ответственности за несчастные случаи или повреждения. Не стесняйтесь использовать партнерские ссылки, представленные на этой странице. Цены такие же, это анонимно, так что вы можете поддержать создание этих видео.

Создайте подставку для пельтье, чтобы кофе оставался теплым или холодным

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

Помимо того, что он был заядлым читателем практически любой книги, которую мог достать, Пельтье проявил способность устанавливать часы. Его семья была слишком бедной, чтобы продолжить его общее образование, поэтому отец отдал его в ученики часовщику. Молодой Пельтье находил своего хозяина, месье Брауна, крайне неприятным и чрезвычайно властным человеком. Браун запретил Пельтье заниматься чем-либо, кроме часового дела. Но по ночам Пельтье тайком читал при свечах. Так было до тех пор, пока Браун не обнаружил его и не убрал все свечи из своей комнаты.Даже тогда Пельтье пытался читать в своем окне при свете полной луны. Снова Браун нашел его и остановил
даже от этого. Это была последняя капля: «Да хватит!» Пельтье заплакал и убежал в Париж.

Жизнь в Париже была лучше. Он нашел работу, пожалуй, у самого уважаемого часовщика во всей Франции: Авраама Луи Бреке. Пельтье стабильно 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: учебе. Он читал все, что попадалось ему в руки: беллетристику Вольтера, философию Руссо, но больше всего книги по науке.

С каждой прочитанной книгой Пельтье становилось все более любопытным. Вскоре он отказался от чтения 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 десятка других занятий.Но больше всего его помнят сегодня за его эксперименты с электричеством.

В 1834 году Пельтье обнаружил, что когда он заставлял электрический ток течь по цепи, состоящей из двух разных проводников, в местах соединения разнородных проводов происходило нечто замечательное. В зависимости от направления тока один спай становился горячим, а другой – холодным. Чем больше подавалось напряжение, тем горячее и холоднее становилось.

Это явление теперь известно как эффект Пельтье и является ключевой идеей при разработке многих прецизионных инструментов, спутников, тепловых насосов, осушителей и даже холодильников для вина.

Научные принципы, лежащие в основе эффекта Пельтье, сложны, но в двух словах они работают следующим образом: для заданного напряжения количество энергии, которым обладают электроны при прохождении через проводящие провода, 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, электроны отводят избыточную энергию в окружающую среду, чтобы они могли войти в новый проводник.Здесь становится жарко. На другом стыке электроны делают противоположное: вынуждены поглощать энергию из своего окружения, они делают эту сторону холодной.

Вскоре инженеры и ученые выяснили, что эта сверхпростая схема (всего лишь пара соединенных вместе проводов разных типов и батарея) имеет множество интересных применений. Имея только источник напряжения и два типа проводов, можно создать электрическое устройство, которое нагревает и охлаждает без движущихся частей.

В этом выпуске журнала Remaking History мы воспользуемся термоэлектрическим принципом месье Пельтье, чтобы сконструировать настольную подставку для напитков, которая может нагревать и охлаждать чашку – по вашему выбору – одним щелчком переключателя.

МАТЕРИАЛЫ

  • Трансформатор настенный, 12В 1,5А
  • Болты, ¼ ”× 2½”, с полной резьбой (4) с гайками
  • Шайба, внутренний диаметр ¼ ”(12)
  • Вентилятор охлаждения, 12 В, квадрат 50 мм
  • Радиатор с алюминиевыми оребрениями, примерно 70 мм × 70 мм × 25 мм Скорее всего, вы не найдете точно такого размера, но все, что близко к нему, подойдет.
  • Алюминиевые полосы толщиной 1¼ ”× ½” × 0,019 ″ (4) Вы можете купить алюминиевый лист в строительном магазине и отрезать его до нужного размера ножницами для жести.Для безопасности закруглите и подпилите все края.
  • Двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT), также известный как переключатель «вкл-выкл-вкл»
  • Проектная коробка, примерно 1½ дюйма × 2 дюйма × 2½ дюйма
  • Монтажный провод, изолированный 22 калибра, красный и черный (по 2 фута каждого)
  • Термоэлектрические модули Пельтье, 40 мм × 40 мм, 12 В, 6 А (2) В модулях Пельтье используется эффект Пельтье для нагрева и охлаждения. Они сделаны из двух керамических пластин, размещенных на противоположных сторонах массива полупроводников.
  • Термоклей в тюбике

ИНСТРУМЕНТЫ

  • Сверло с битами 5/16 ″ и ½ дюйма
  • Кусачки / устройства для снятия изоляции
  • Маленькие разводные гаечные ключи (2) и / или отвертку в соответствии с головками болтов
  • Ножницы для жести
  • Файл

Все последующие шаги см. На схеме сборки.

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.

2. Согните алюминиевые полосы в L-образные формы и просверлите отверстие 5/16 ″ в каждой. Вам нужно будет сформировать L на основе вашей конкретной чашки для напитка. Смотрите выше, как они будут размещены на верхней части устройства.

3. Соберите L-образные алюминиевые полосы, радиатор и охлаждающий вентилятор в единый узел, используя болты ¼ ”, как показано, с помощью двух небольших разводных гаечных ключей или отвертки.Поместите шайбы между головкой болта и полосами, вентилятором и радиатором, а также вентилятором и гайкой.

4. Просверлите отверстие под шток переключателя DPDT в центре коробки для проекта. Обычно это ½ дюйма в диаметре, но для уверенности измерьте шток переключателя. Просверлите аналогичное отверстие в противоположной стене проектной коробки, чтобы пропустить провода, как показано.

5. Подключите каждый модуль Пельтье к 12-вольтному настенному трансформатору и отметьте, какая сторона блока нагревается, а какая – холодная.

6. Используйте термоклей, чтобы приклеить модули Пельтье друг к другу горячей стороной вниз к плоской стороне радиатора, как показано на рисунке B. Двойное соединение модулей обеспечивает больший эффект нагрева и охлаждения, чем одиночный 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 блоков Пельтье находятся сверху. Когда переключатель находится в нижнем положении, блоки Пельтье будут иметь теплые стороны вверх.Когда переключатель находится в среднем положении, устройство выключено.

На изображении ниже показано, как выполняются «перекрестные» подключения проводов между клеммами переключателя DPDT.

Закройте коробку проекта. Ваша подставка для Пельтье готова.

ВПЕРЕДИ – БЫТЬ ГОРЯЧИМ И ХОЛОДНЫМ

Чтобы использовать подставку Peltier Coaster, подключите настенный трансформатор к розетке и переведите переключатель в верхнее положение. Держите руку возле верхней поверхности модуля Пельтье, чтобы определить, не становится ли он холодным.Переведите переключатель в нижнее положение, чтобы убедиться, что он нагревается.

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

Металлические чашки

лучше всего подходят для подстаканника Пельтье (рисунок). Наслаждайтесь теплым или холодным напитком!


Удивительный генератор Зеебека

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

Камера Вильсона с охлаждением Пельтье

Atomic Punk – постройте камеру Вильсона, сделанную своими руками, чтобы сделать видимыми радиоактивные частицы и гамма-лучи.

Охлажденный напиток для напитков

Пельтье + помпа = охладите и раздайте ваш любимый напиток, температура регулируется безделушкой Adafruit.

Часто задаваемые вопросы и техническая информация – TE Technology

Нажмите на интересующий раздел:

Часто задаваемые вопросы по термоэлектрикам

1.Как работает термоэлектрический модуль?

Термоэлектрические модули – это твердотельные тепловые насосы, работающие на эффекте Пельтье (см. Определения). Термоэлектрический модуль состоит из массива полупроводниковых элементов p- и n-типа, которые сильно легированы электрическими носителями. Элементы скомпонованы в массив, который электрически соединен последовательно, но термически соединен параллельно. Затем этот массив прикрепляется к двум керамическим подложкам, по одной с каждой стороны элементов (см. Рисунок ниже).Давайте посмотрим, как происходит теплопередача, когда электроны проходят через одну пару элементов p- и n-типа (часто называемую «парой») внутри термоэлектрического модуля:

Полупроводник p-типа легирован определенными атомами, которые имеют меньше электронов, чем необходимо для завершения атомных связей внутри кристаллической решетки. При приложении напряжения электроны проводимости стремятся завершить атомные связи. Когда электроны проводимости делают это, они оставляют «дыры», которые по существу являются атомами внутри кристаллической решетки, которые теперь имеют локальные положительные заряды.Затем электроны непрерывно падают и выбрасываются из отверстий и переходят к следующему доступному отверстию. Фактически, именно дыры действуют как носители электричества.

Теперь электроны движутся намного легче в медных проводниках, но не так легко в полупроводниках. Когда электроны покидают p-тип и входят в медь на холодной стороне, в p-типе образуются дырки, поскольку электроны выпрыгивают на более высокий энергетический уровень, чтобы соответствовать энергетическому уровню электронов, уже движущихся в меди.Дополнительная энергия для создания этих отверстий поступает за счет поглощения тепла. Между тем, вновь созданные отверстия перемещаются вниз к меди на горячей стороне. Электроны из меди с горячей стороны переходят в p-тип и падают в отверстия, высвобождая избыточную энергию в виде тепла.

Полупроводник n-типа легирован атомами, которые обеспечивают больше электронов, чем необходимо для завершения атомных связей внутри кристаллической решетки. При приложении напряжения эти лишние электроны легко перемещаются в зону проводимости.Однако для того, чтобы электроны n-типа соответствовали уровню энергии поступающих электронов из меди с холодной стороны, требуется дополнительная энергия. Дополнительная энергия поступает за счет поглощения тепла. Наконец, когда электроны покидают горячую сторону n-типа, они снова могут свободно перемещаться в меди. Они опускаются до более низкого энергетического уровня и при этом выделяют тепло.

Приведенное выше объяснение неточно, поскольку оно не охватывает всех деталей, но служит для объяснения словами, что в противном случае является очень сложным физическим взаимодействием.Суть в том, что тепло всегда поглощается на холодной стороне элементов n- и p-типа, а тепло всегда выделяется на горячей стороне термоэлектрического элемента. Насосная мощность модуля пропорциональна току и зависит от геометрии элемента, количества пар и свойств материала.

Вернуться к началу

2. Какое математическое уравнение описывает работу термоэлектрического модуля?

На рисунке выше изображена термоэлектрическая пара. 2 * R * L / A – K * A / L * (Th – Tc)]
V = 2 * N * [S * (Th -Tc) + I * R * L / A]

Первый член Qc, S * I * Tc, представляет собой охлаждающий эффект Пельтье.2 * R * L / A представляет эффект джоулева нагрева, связанный с прохождением электрического тока через сопротивление. Джоулева теплота распределяется по всему элементу, поэтому 1/2 тепла идет в сторону холодной, а 1/2 тепла идет в сторону горячей. Последний член, K * A / L * (Th-Tc), представляет эффект Фурье, при котором тепло переходит от более высокой температуры к более низкой температуре. Таким образом, охлаждение Пельтье снижается за счет потерь, связанных с электрическим сопротивлением и теплопроводностью.

Для напряжения первый член S * (Th-Tc) представляет напряжение Зеебека.Второй член, I * R * L / A, представляет напряжение, зависящее от закона Ома.

Эти уравнения очень упрощены и предназначены для демонстрации основной идеи, лежащей в основе соответствующих вычислений. Фактические дифференциальные уравнения не имеют решения в замкнутой форме, поскольку S, R и K зависят от температуры. К сожалению, предположение о постоянных свойствах может привести к значительным ошибкам.

TE Technology использует специальное запатентованное программное обеспечение для моделирования, которое учитывает температурную зависимость термоэлектрических свойств материала, а также все соответствующие конструктивные аспекты всей системы.Программное обеспечение использует данные о свойствах материалов из реальных результатов испытаний термоэлектрических модулей, поэтому дает очень точные результаты. Когда мы создаем индивидуальный кулер для вашего приложения, такая высокая точность означает, что вам обычно нужен только один прототип для проверки эффективности охлаждения.

Вернуться к началу

3. В чем преимущества термоэлектрического агрегата перед компрессором?

Термоэлектрические модули не имеют движущихся частей и не требуют использования хлорфторуглеродов.Поэтому они безопасны для окружающей среды, по своей сути надежны и практически не требуют обслуживания. Они могут работать в любом положении и идеально подходят для охлаждающих устройств, которые могут быть чувствительны к механической вибрации. Их компактный размер также делает их идеальными для приложений с ограниченным размером или весом, где даже самый маленький компрессор будет иметь избыточную мощность. Их способность нагревать и охлаждать за счет простого реверсирования потока тока полезна для приложений, где необходимо как нагрев, так и охлаждение или где критически важен точный контроль температуры.

Вернуться к началу

4. В каких отраслях используется термоэлектричество?

Термоэлектрические охладители используются в самых требовательных отраслях промышленности, таких как медицина, лаборатории, аэрокосмическая промышленность, полупроводники, телекоммуникации, промышленность и бытовая техника. Диапазон применения варьируется от простых холодильников для еды и напитков для послеобеденного пикника до чрезвычайно сложных систем контроля температуры в ракетах и ​​космических аппаратах.

Термоэлектрический охладитель позволяет снизить температуру объекта ниже температуры окружающей среды, а также стабилизировать температуру объектов выше температуры окружающей среды.Термоэлектрический охладитель отличается от радиатора, поскольку он обеспечивает активное охлаждение, в отличие от радиатора, который обеспечивает только пассивное охлаждение.

Термоэлектрические охладители могут использоваться в приложениях, где требуется отвод тепла от милливатт до нескольких тысяч ватт. Однако в термоэлектрике существует общая аксиома: чем меньше, тем лучше. Термоэлектрический охладитель имеет наибольший смысл при использовании в приложениях, где даже самая маленькая система парокомпрессора обеспечит гораздо большее охлаждение, чем необходимо.В этих ситуациях термоэлектрический охладитель может стать решением, которое меньше, меньше весит и более надежно, чем сравнительно небольшая компрессорная система.

Однако в последние годы наблюдается тенденция к созданию все более крупных термоэлектрических систем. По мере того, как источники питания становятся менее дорогими, это привело к снижению стоимости полной термоэлектрической системы (охладителя, источника питания и регулятора температуры), поэтому системы с более высокой мощностью теперь более востребованы на рынке. Системы с мощностью в диапазоне 200-400 Вт становятся все более распространенными, хотя они все еще не так распространены, как системы меньшего размера, в которых охлаждающая способность ниже 100 Вт.

Большие термоэлектрические системы киловаттного диапазона были созданы для специализированных применений, таких как охлаждение на подводных лодках и железнодорожных вагонах или охлаждающие технологические ванны в специализированных областях, таких как производство полупроводников. В случаях, когда термоэлектрические охладители используются для таких больших приложений, обычно была веская причина, по которой система парокомпрессора не использовалась (например, необходимо минимизировать вибрацию или требуется точный контроль температуры).В этом случае дополнительные затраты и повышенное энергопотребление термоэлектрического охладителя могут быть оправданы.

Типичные области применения термоэлектрических охладителей:

Лазерные диоды

Приборы лабораторные

Температурные бани

Корпуса для электроники

Холодильники

Телекоммуникационное оборудование

Вернуться к началу

5. Каков КПД термоэлектрического модуля?

Технически, слово «эффективность» относится к соотношению объема работы, выполняемой машиной, к количеству потребляемой мощности.В тепловых насосах этот термин используется редко, потому что можно удалить больше тепла, чем количество потребляемой мощности для перемещения этого тепла. Для термоэлектрических модулей обычно используется термин «коэффициент полезного действия», а не «эффективность». Коэффициент полезного действия (COP) – это количество перекачиваемого тепла, деленное на количество подаваемой электроэнергии.

COP зависит от тепловой нагрузки, входной мощности и требуемого перепада температур. Обычно КПД находится в пределах 0.3 и 0,7 для одноступенчатых приложений. Однако КПД более 1,0 может быть достигнуто, особенно когда модуль перекачивает против положительной разницы температур (то есть, когда модуль отводит тепло от объекта, который более теплый, чем окружающая среда). На рисунке ниже показан нормализованный график зависимости COP от I / Imax (отношение входного тока к спецификации модуля Imax). Каждая строка соответствует константе DT / DTmax (отношение требуемой разности температур к спецификации модуля DTmax).

Вернуться к началу

6. Хочу сделать свой охлаждающий узел. Как мне выбрать подходящий модуль для моей системы?

Вы можете использовать нашу программу выбора модулей в Peltier-Thermoelectric-Cooler-Module-Selector. Подробные инструкции по использованию программы вместе с вашей тепловой моделью можно скачать здесь. Мы видели базовые характеристики других программных модулей и рекомендации, основанные на определенных предположениях, которые в противном случае могут привести к значительным ошибкам.Наша программа выбора модулей не делает никаких предположений относительно конструкции вашей системы – рекомендации основаны на рабочих температурах модуля, тепловой нагрузке и DTmax. Это делает процесс выбора более точным, поскольку вы знаете, какие предположения делаются. Имейте в виду, что правильный выбор модуля – это итеративный процесс, который требует времени и исследований. Если вы не хотите тратить время и деньги на выбор собственного модуля, разработку собственной системы, наличие необходимой квалифицированной рабочей силы для ее сборки и т. Д., то у нас есть настоятельно рекомендуемая альтернатива: стандартные (или нестандартные) системы охлаждения. Когда вы покупаете сборку у TE Technology, мы уже проделали всю тяжелую работу.

Однако, если вы уверены, что хотите создать свой собственный охлаждающий узел, вот краткое описание того, что при этом происходит:

Сначала вы должны определить ваши рабочие температуры и количество тепла, которое вам нужно отвести. Основываясь на этих параметрах, программа выбора модулей поможет вам выбрать модуль с наименьшим энергопотреблением, наименьшим размером или их комбинацию.

Затем вы анализируете свою тепловую систему на основе размера, рабочего напряжения и тока для выбранного модуля. На этом этапе вы убедитесь, что рабочие температуры и тепловая нагрузка, которые вы использовали для выбора модуля, реалистичны. Если анализ показывает, что ваши цифры были реалистичными, тогда вам конец. В противном случае вы должны ввести новую тепловую нагрузку и рабочие температуры и повторить процесс до тех пор, пока выбранный модуль не будет соответствовать вашим окончательным требованиям.

Вернуться к началу

7.Насколько надежны термоэлектрические системы?

Термоэлектрические системы обладают высокой надежностью при условии их правильной установки и эксплуатации. Тем не менее, конкретную надежность термоэлектрических охладителей, как правило, трудно определить, поскольку интенсивность отказов в значительной степени зависит от конкретного применения. Термоэлектрические модули, которые находятся в устойчивом состоянии (постоянная мощность, тепловая нагрузка, температура и т. Д.), Могут иметь среднее время наработки на отказ (MTBF) более 200 000 часов.Однако приложения, связанные с циклическим термоциклированием, показывают значительно худшие значения среднего времени безотказной работы, особенно когда охладители TE подвергаются циклическому нагреву до высокой температуры. При термоциклировании более подходящей мерой надежности является не время, а количество циклов.

Все материалы расширяются или сжимаются при нагревании или охлаждении. Разные материалы расширяются с разной скоростью. Скорость расширения определяется свойством материала, которое называется коэффициентом теплового расширения (КТР). Как правило, по мере того, как холодная сторона модуля становится холоднее, он сжимается, а по мере того, как горячая сторона становится более горячей, он расширяется.Это изгибает термоэлектрические элементы и их паяные соединения. Кроме того, поскольку модуль изготовлен из нескольких различных материалов, возникает дополнительное напряжение просто потому, что сами материалы расширяются / сжимаются с разной скоростью. После повторного термоциклирования паяные соединения в модуле устают, и электрическое сопротивление увеличивается. Мощность охлаждения снижается, и в конечном итоге модуль выходит из строя. Таким образом, «точка отказа» является функцией рабочей температуры, продолжительности температурных циклов и того, сколько деградаций может выдержать конкретная система, прежде чем рабочие характеристики станут неприемлемыми.Все термоэлектрические модули (независимо от производителя) испытывают одинаковые нагрузки при эксплуатации, но то, как они выдерживают эти нагрузки, зависит от качества сборки – выбор производителя с хорошими, прочными паяными соединениями является обязательным! (Конечно, мы уделяем особое внимание тому, чтобы наши модули имели паяные соединения высочайшего качества.)

Аналогичное явление происходит, когда модуль припаян или приклеен эпоксидной смолой к радиатору. Точка «нулевого напряжения» (то есть точка, где нет внутреннего напряжения в результате несоответствия КТР) замерзнет между керамической подложкой и радиатором, когда припой или эпоксидная смола станут жесткими при некоторой температуре, которая обычно отличается от рабочая температура.Другими словами, модуль подвергается предварительному напряжению, когда модуль и припой снова остывают до комнатной температуры (при условии, что модуль припаян к радиатору).

Поскольку сборка подвергается термическому циклу, не только сам модуль испытывает усталостное напряжение, но и линия соединения между модулем и радиатором. Опять же, разные материалы будут расширяться с разной скоростью. Радиатор, припой (или эпоксидная смола) и модуль будут расширяться по-разному. Это может быть особенно неприятно, потому что облигация потенциально может потерпеть неудачу на локальных участках.В этих местах модуль может перегреться, что усугубит проблему. Вот почему мы не рекомендуем паять (или покрывать эпоксидной смолой) модуль на его радиаторе. Если вы припаиваете (или наносите эпоксидную смолу) модули, мы рекомендуем выполнить термический цикл всей сборки, чтобы обеспечить достаточный срок службы.

TE Technology не публикует данные о надежности термоэлектрических охладителей для общего пользования. Данные о надежности действительны только для условий, в которых проводился тест, и не обязательно применимы к другим конфигурациям.Существует множество параметров и условий применения, которые влияют на надежность. Сборка кулера, методы монтажа, источник питания, системы и методы контроля температуры, а также температурные профили – это всего лишь несколько факторов, которые в совокупности могут приводить к частоте отказов от чрезвычайно низкой до очень высокой. Опять же, «точка отказа» специфична для каждого приложения.

Также возможен компромисс между тепловыми характеристиками кулера, стоимостью его изготовления и надежностью в отношении термоциклирования или других факторов.Например, наша линейка стандартных охлаждающих агрегатов оптимизирована для нашего типичного клиента – эти клиенты не используют систему в условиях многократного термоциклирования и, следовательно, не хотят платить (стоимостью или производительностью) за охладитель, оптимизированный для термоциклирования.

Свяжитесь с нами, если ваше приложение связано с термоциклированием. Возможно, мы сможем предоставить результаты непатентованных тестов, которые в некоторой степени могут быть применимы; в противном случае мы можем помочь вам с программой тестирования, чтобы у вас были данные для определения того, насколько система охлаждения будет подходить для вашего приложения.Чтобы оценить истинную надежность, мы рекомендуем испытать все системы охлаждения в реальных условиях эксплуатации.

Ниже приведены лишь несколько комментариев, касающихся общих тенденций в отношении надежности:

a) Термоэлектрические модули демонстрируют относительно высокую механическую прочность на сжатие, но сравнительно низкую прочность на растяжение и сдвиг. Следовательно, TE-модуль не должен использоваться для поддержки веса, который, в частности, мог бы подвергнуть его растягивающему или сдвиговому напряжению. Кроме того, в приложениях, где будут присутствовать удары и вибрация, термоэлектрический модуль следует зажать между двумя пластинами, а не использовать припой или эпоксидную смолу для крепления модуля к радиатору.При правильной установке термоэлектрические модули успешно справляются с требованиями к ударам и вибрации в аэрокосмической, военной и аналогичной средах. Кроме того, наша заливка обеспечивает повышенную механическую прочность. Фактически, наша заливка была изначально разработана для того, чтобы модули могли выдерживать нагрузки при запуске баллистических ракет. Для получения дополнительной информации нажмите здесь. Кроме того, загрузите tem_ (термоэлектрический_модуль) _mounting_procedure.pdf [Adobe PDF Document] для получения дополнительных сведений о правильных методах монтажа.

Аналогичным образом, при использовании нескольких модулей в сборке они должны иметь общую высоту с точностью до 0.025 мм. В противном случае неравномерное усилие зажима может привести к растрескиванию модуля.

b) Влага не должна попадать внутрь термоэлектрического модуля, чтобы предотвратить как снижение эффективности охлаждения, так и возможную коррозию материалов модуля. См. Дополнительную информацию в разделе «Повышение влажности для защиты от влаги».

c) Применение, связанное с большими изменениями температуры или термоциклированием, может вызвать термическую усталостную нагрузку. Опять же, термоэлектрические модули не следует устанавливать с помощью припоя или эпоксидной смолы.Такие способы монтажа могут вызвать концентрацию напряжений из-за различий в коэффициентах теплового расширения. Мы настоятельно рекомендуем монтировать модули зажимом (с применением сжатия) и с использованием термопасты или гибкого монтажного материала, такого как прокладка для теплопередачи, в качестве интерфейса между модулем и пластиной. В любом случае жесткий монтаж не рекомендуется для модулей размером более примерно 15 мм.

Чтобы свести к минимуму влияние термоциклирования, минимизируйте температурный диапазон цикла и минимизируйте количество тепловых циклов.Если термоциклирование является обязательным, вам следует выбрать физически небольшой модуль с большой площадью пеллет. (Таблетка – это термоэлектрический элемент, используемый в модуле. В номере детали модуля второе число определяет ширину каждой гранулы в мм, что, в свою очередь, определяет площадь основания гранулы.) Таким образом, чем меньше размер модуля, тем больше он, как правило, надежен, и чем больше размер гранулы, тем надежнее он может быть. Кроме того, при необходимости модули можно настроить так, чтобы они лучше справлялись с термоциклированием.

г) Методы контроля температуры также влияют на надежность термоэлектрического модуля. Для обеспечения большей надежности всегда следует выбирать линейное управление или управление с широтно-импульсной модуляцией (частота не менее 300 Гц), а не управление включением / выключением. Контроллер типа ВКЛ / ВЫКЛ в основном вызывает термоциклирование, поэтому его следует избегать.

e) Воздействие высоких температур следует минимизировать, насколько это возможно, для повышения надежности. Стандартные модули рассчитаны на максимальную температуру 80 ° C. Высокотемпературные модули рассчитаны на модули 200 ° C.Однако эти температурные пределы несколько произвольны. Все модули, независимо от производителя, будут подвержены воздействию высоких температур. Некоторые, конечно, более устойчивы к изменениям, чем другие.

Модуль состоит из никелированных медных проводников для электрического соединения термоэлектрических гранул друг с другом. Медь имеет тенденцию диффундировать в термоэлектрический материал, и это может ухудшить характеристики. Таким образом, добавляется никелирование, которое служит диффузионным барьером для меди.К сожалению, никель не является идеальным барьером, и атомы меди все равно будут диффундировать, хотя и гораздо медленнее, чем если бы никелевый барьер вообще не был. Скорость диффузии обычно увеличивается экспоненциально с температурой: чем выше рабочая температура, тем быстрее будет происходить диффузия с соответствующим ухудшением характеристик. Однако, в частности, с модулем 80 ° C при температуре 85 ° C компоненты припоя могут начать мигрировать по плоскостям скола термоэлектрического материала из-за предполагаемой незначительной эвтектической реакции.Это приводит к механически слабому паяному соединению и физическому расширению таблетки.

Температурные характеристики модулей зависят от технологии их изготовления. В модуле 80 ° C используется припой, плавящийся при 140 ° C. Имеет отличные электрические контакты. Модуль 200 ° C также имеет два никелевых барьера: слой никеля на медном выступе и слой никеля на концах таблетки. Припой плавится при 232 ° C.

f) Дополнительную информацию можно найти, загрузив публикации, касающиеся надежности, на странице Загрузки.

г) Не все термоэлектрические модули одинакового качества! У разных производителей разные методы, и мы наблюдаем очень разное качество при сравнении модулей одинакового размера и емкости от разных производителей. Неправильная пайка, неправильная металлизация керамики и неправильное никелирование – это лишь некоторые из потенциальных проблем, которые могут снизить надежность. Будьте внимательны при выборе поставщика модуля!

Вернуться к началу

8.Будет ли TE Technology заниматься контрактным производством?

TE Technology выполняет контрактное производство для компаний, которые имеют существующую термоэлектрическую конструкцию и хотели бы найти компанию для производства своей детали. У нас есть собственные современные возможности обработки, а также полный отдел испытаний для контроля окружающей среды. Когда компании складывают затраты на инженеров-термоэлектриков, сборщиков, инвентарь и производственную площадь вместе с затратами на проектирование, обслуживание и калибровку необходимого оборудования для термоэлектрических испытаний, они обнаруживают, что это дороже, чем само сырье.Благодаря аутсорсингу эти заказчики сокращают накладные расходы, получая при этом выгоду от неизменно превосходного качества сборки. Независимо от того, насколько мал или велик ваш уровень производства, если вы хотите изучить этот вариант, пришлите нам спецификации вашего термоэлектрического охлаждающего узла с указанием количества, которое вам требуется, и мы будем рады предоставить вам предложение.

Вернуться к началу

9. Могу ли я использовать термоэлектрический охладитель в качестве нагревателя?

Термоэлектрические охладители действительно могут использоваться для очень эффективного и действенного нагрева.Поскольку термоэлектрические охладители представляют собой твердотельные тепловые насосы, они могут активно перекачивать тепло из окружающей среды в дополнение к тепловому эффекту, обусловленному электрическим сопротивлением самого охладителя. Итак, термоэлектрический охладитель может быть эффективнее резистивного нагревателя (в определенных пределах). Нагрев может быть настолько эффективным, что вы легко можете заставить модуль достичь точки плавления припоя! Необходимо следить за тем, чтобы модуль не перегревался.

Если вы заинтересованы в использовании одного из наших стандартных узлов охлаждения для охлаждения и / или обогрева, проконсультируйтесь с нами, чтобы определить, какой узел будет работать лучше всего.

Если вы заинтересованы в создании собственной сборки, вы можете использовать графики эффективности охлаждения термоэлектрического модуля, чтобы оценить, сколько нагрева можно сделать. Общая тепловая нагрузка рассчитывается, сначала оценивая разницу температур в модуле и принимая входной ток для любого конкретного модуля. Это определяет активное количество тепла, которое модуль может перекачивать из окружающей среды. Сочетание этого с общей потребляемой мощностью определяет, сколько общего нагрева может сделать модуль.Затем вы должны повторить предположение о разнице температур на основе теплового сопротивления модуля и от модуля и соответствующих передаваемых тепловых нагрузок.

Модуль может обеспечивать обогрев, при котором разница температур в модуле превышает его DTmax. Однако в таких случаях модуль не может перекачивать какое-либо активное тепло, и тогда модуль будет действовать по существу как резистивный нагреватель.

Если вы планируете циклическое изменение температуры, вы можете использовать один из наших биполярных контроллеров температуры.Эти контроллеры автоматически определяют, требуется ли нагрев или охлаждение, только на основе заданного значения. (Пожалуйста, просмотрите также FAQ № 7, чтобы узнать о надежности модуля.) Если вам нужно только обогрев или охлаждение выше или ниже окружающей среды, может работать контроллер только для нагрева / только для охлаждения.

Вернуться к началу

10. Насколько большим или маленьким может быть термоэлектрический охладитель?

Существуют практические ограничения на индивидуальные размеры модуля или охлаждающего узла. Микромодули, например, дороже в производстве, потому что они менее подходят для автоматизированной обработки.Для модулей большего размера коэффициенты теплового расширения и стоимость, как правило, ограничивают термоэлектрические модули определенными физическими размерами.

Для охлаждающих устройств минимальный размер может быть ограничен минимальными требованиями, необходимыми для обеспечения достаточного теплоотвода. Максимальный размер ограничен требованиями монтажных пластин. Если плиты становятся слишком большими, становится слишком трудно поддерживать достаточную плоскостность поверхности. Как правило, когда требуется большая охлаждающая способность, чем та, которую может обеспечить охладитель обычно самого большого размера, используется несколько охладителей, а не один гигантский охладитель.Примерно говоря, самый большой индивидуальный кулер имеет площадь примерно 254 мм x 177 мм, как наш стандартный CP-200. Однако всегда есть исключения; это просто общие рекомендации.

Вернуться к началу

11. Как лучше всего питать термоэлектрический охладитель?

a) В идеале термоэлектрические охладители должны работать только от постоянного тока для достижения наилучших характеристик. Однако коэффициент пульсации в 10% приведет к ухудшению разницы температур только на 1%.Большинство источников питания имеют лучшую фильтрацию, поэтому пульсации не могут быть проблемой.

б) Следует проявлять осторожность, чтобы не перегрузить кулер. Превышение мощности охладителя может привести к непреднамеренному превышению номинальных температур и вызвать повреждение охладителя.

c) Потребляемая мощность для максимальной эффективности кулера не соответствует его максимальному рабочему напряжению и току. Когда желательна максимальная эффективность, прикладываемая мощность обычно должна составлять от 1/3 до 2/3 от спецификаций Vmax и Imax модуля (модулей), используемых в сборке.

d) Если используется регулятор температуры, он должен быть линейного типа или типа с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), чтобы минимизировать любые вредные эффекты циклического изменения температуры. Следует проявлять осторожность, чтобы использовать достаточно быструю частоту ШИМ, чтобы внутри устройства не возникало тепловых циклов. Контроллеры TE Technology используют частотный диапазон примерно от 300 Гц до 3000 Гц.

Вернуться к началу

12. Как точно термоэлектрический охладитель может поддерживать температуру?

Есть много факторов, которые влияют на общую стабильность системы или снижают ее.Однако термоэлектрический охладитель может обеспечить очень высокую степень температурной стабильности, поскольку степень охлаждения, которую он обеспечивает, пропорциональна приложенному току. Один из наших клиентов сообщил о стабильности в пределах +/- 0,0003 ° C. Однако достижение такого уровня стабильности требует значительных усилий. В конечном итоге ответ на этот вопрос зависит от контроллера и его разрешения, времени отклика конкретного охлаждающего узла и времени отклика охлаждаемого объекта.

Вернуться к началу

13. В каких диапазонах температур может работать термоэлектрический охладитель?

В подавляющем большинстве случаев разница температур в модуле TE составляет менее 60 ° C, а от охлаждаемого объекта до окружающей среды – менее 45 ° C. Одно специальное приложение, которое мы создали, предусматривало охлаждение до 145 К. Однако это потребовало очень особых усилий для достижения минимального количества теплового насоса. В любом случае диапазон температур будет зависеть от множества факторов, в основном от количества ступеней.Устанавливая модули друг на друга, каждый модуль или ступень действует как электронный радиатор для модуля над ним. По мере увеличения количества ступеней достижимая разница температур также увеличивается. К сожалению, мощность теплового насоса снижается.

Вернуться к началу

14. Какую температуру окружающей среды выдерживают термоэлектрические охладители?

Максимальная температура окружающей среды будет зависеть от желаемой надежности, радиатора, количества рассеиваемого тепла и номинальной температуры модуля или других компонентов системы (например, вентиляторов и изоляционных материалов).Обычно максимальная температура окружающей среды ограничивается приблизительно 50 ° C для стандартных кулеров, в которых используются радиаторы с вентиляторным охлаждением. Однако кулеры, в которых используются высокотемпературные модули, могут работать и при более высоких температурах окружающей среды. Однако большинство имеющихся в продаже вентиляторов имеют максимальную рабочую температуру от -10 ° C до +70 ° C. Обязательно проконсультируйтесь с нами, чтобы проверить, возможна ли работа при более высоких температурах окружающей среды.

Вернуться к началу

15. Как определить, подходит ли термоэлектрическое охлаждение для моего приложения?

Термоэлектрическое охлаждение идеально подходит для очень небольших систем охлаждения.Термоэлектрики также идеальны, когда требуется как нагрев, так и охлаждение, а также когда требуется точный контроль температуры. Термоэлектрические системы также идеально подходят для применения в аэрокосмической отрасли, поскольку охладитель может быть установлен в любом положении и при этом нормально функционировать. Однако по мере увеличения тепловой нагрузки преимущества термоэлектрического охлаждения по сравнению с компрессорными системами уменьшаются. При оценке только на основе тепловой нагрузки компрессорная система, вероятно, будет более рентабельной, если тепловая нагрузка превышает примерно 200 Вт.

Вернуться к началу

16. Почему TE Technology должна производить систему для моего приложения?

TE Technology обладает техническими знаниями во всех соответствующих дисциплинах, применимых к термоэлектрике. Каждый продукт имеет более чем сорокалетний опыт работы в термоэлектрической промышленности. Кроме того, у нас есть специализированное испытательное оборудование, уникальное для термоэлектрической промышленности, которое позволяет получать быстрые (недорогие) и точные результаты испытаний 100% наших продуктов (щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию).Мы предоставляем надежные, долговечные, экономичные системы и поставляем их вовремя. Наш обширный инвентарь, современная обработка и обширные глобальные ресурсы обеспечивают дополнительную гибкость от прототипа до промышленного производства.

Вернуться к началу

17. Какой тип тестирования рекомендует TE Technology?

TE Technology рекомендует тестировать все продукты в «наихудших» условиях их фактического или смоделированного применения. Мы хотим, чтобы наши клиенты чувствовали себя комфортно, потому что система охлаждения будет соответствовать всем их требованиям к пригодности и надежности.Хотя мы не можем сказать нашим клиентам, подходят ли определенные продукты или надежны ли они для их конкретных требований, мы можем тестировать продукты и собирать данные, чтобы клиенты могли принимать обоснованные решения. TE Technology обладает обширным испытательным оборудованием, включая: камеры с регулируемой температурой; вольеры с повышенной влажностью; оборудование для термоциклирования; оборудование для измерения температуры; и термоэлектрические тестеры. TE Technology предлагает свои ценные услуги по тестированию, чтобы вашей компании не пришлось «изобретать велосипед».Кроме того, мы можем помочь нашим клиентам в разработке индивидуальных экспериментов по тестированию продуктов. Просто позвоните нам, и мы будем рады обсудить наши различные услуги по тестированию и стоимость.

Вернуться к началу

18. Какая защита от перегрева мне нужна?

Если охлаждающий узел приобретается, мы также рекомендуем использовать защиту от перегрева / понижения температуры, чтобы свести к минимуму возможное повреждение охладителей во время работы. Это может произойти, если жидкость (в охладителе жидкости) замерзнет или если охлаждающая среда (воздух, жидкость и т. Д.)) уменьшается, и охладитель перегревается. Некоторые клиенты используют наши стандартные контроллеры температуры, такие как TC-48-20, которые имеют схему защиты от перегрева, которая может снизить вероятность возникновения таких ситуаций. Другие заказчики предпочитают включать эту защитную схему в источник питания. Конечно, мы в TE Technology рады помочь нашим клиентам выбрать наиболее эффективный тип защиты для их систем. Обратите внимание, что стандартные кулеры не оснащены защитой от перегрева / понижения температуры, если не указано иное.Если это не указано, ответственность за обеспечение такой защиты или запрос на включение защиты от превышения / понижения температуры лежит на покупателе. Мы разработали и интегрировали многие из этих средств защиты в продукцию на нашем предприятии. Просто свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши варианты.

Вернуться к началу

19. Как работают контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)?

С помощью ШИМ питание устройства TE быстро переключается на «ВКЛ» и «ВЫКЛ» с постоянной частотой.Это создает прямоугольный «импульс» мощности с постоянным периодом времени. Время включения или ширину импульса можно изменять для создания среднего выходного напряжения (Vaverage), которое требуется устройству TE для поддержания заданной температуры (рисунок 19.1)

Рисунок 19.1

Импульсы «ВКЛ» и «ВЫКЛ» возникают так быстро, что модуль не успевает изменить температуру в ответ на каждый электрический импульс. Вместо этого модуль предполагает разницу температур относительно Vaverage.При правильной настройке контроллера термоциклирование исключается. Таким образом, эти контроллеры не снижают надежность модуля из-за циклического изменения температуры так же, как термостатический или медленный контроллер включения-выключения.

Все контроллеры TE Technology требуют минимального напряжения для работы встроенного микропроцессора. Минимальное напряжение может быть от 9 до 50 В постоянного тока, в зависимости от контроллера. Если термоэлектрическая нагрузка также может приводиться в действие этим входным напряжением, тогда для приложения необходим только один источник питания.Все стандартные термоэлектрические охлаждающие узлы TE Technology спроектированы таким образом, что узел и контроллер могут работать от одного источника питания.

При работе от одного источника питания входное напряжение регулятора температуры будет определять выходное напряжение во время «ВКЛ» части сигнала, а Vaverage будет варьироваться от 0 В до В + в зависимости от отношения времени «ВКЛ» к « Время отключения. В формах волны, показанных выше, V + равно входному напряжению от источника питания, и во время цикла «ВКЛ» форма волны V + будет приложена к термоэлектрической нагрузке.Следовательно, при использовании одного источника питания вы должны выбрать входное напряжение, которое не превышает Vmax охлаждающего узла или термоэлектрического модуля (ов). Если вы делаете свою собственную систему охлаждения из термоэлектрических модулей, максимальное рабочее напряжение (входное напряжение контроллера) обычно не превышает 75% от Vmax модуля. Конечно, если вы подключаете несколько модулей последовательно или в последовательно-параллельную комбинацию, Vmax модульной системы будет Vmax каждого модуля, умноженного на количество модулей, подключенных последовательно.В этом случае входное напряжение обычно составляет не более 75% от модульной системы.

Что произойдет, если вы захотите использовать термоэлектрический модуль при напряжении меньше, чем требуется для работы микропроцессора контроллера? В этом случае следует использовать регулятор температуры, который позволяет питать микропроцессор и термоэлектрическую нагрузку от двух независимых источников питания. В этой конфигурации микропроцессор может питаться от небольшого источника с более высоким напряжением, а термоэлектрическая нагрузка может питаться от источника, который, теоретически, составляет всего 0 В.Если снова обратиться к приведенным выше сигналам, это позволяет пользователю выбрать V +, который подходит для низковольтной термоэлектрической нагрузки, при этом обеспечивая микропроцессору достаточное напряжение для работы. Все регуляторы температуры TE Technology могут быть оснащены двумя источниками питания.

Контроллеры

PWM бывают двух основных типов, и разница между ними определяет, может ли контроллер автоматически реверсировать мощность для достижения как нагрева, так и охлаждения, или он должен быть настроен либо на охлаждение, либо только на нагрев.В базовом контроллере только охлаждение / только нагрев имеется один транзистор, последовательно соединенный с термоэлектрическим модулем и источником питания (рисунок 19.2). Этот транзистор действует как переключатель S, который либо закрывается, либо открывается для включения или выключения питания термоэлектрического модуля. Пользователь должен сообщить контроллеру, если подача большей мощности на термоэлектрический модуль приведет к тому, что датчик температуры станет теплее или холоднее. Если пользователь хочет изменить конфигурацию контроллера с охлаждения на нагрев, провода, идущие от контроллера к термоэлектрическому модулю, должны быть физически перевернуты, а контроллер необходимо перенастроить, чтобы он знал, что применение большей мощности теперь имеет обратное влияют на температуру датчика.Преимущество этого типа управления состоит в том, что он проще и дешевле.

Рисунок 19.2

Вторая разновидность контроллера – это биполярный контроллер. Биполярный контроллер имеет 4 транзистора, действующих как переключатели, которые могут автоматически менять направление тока на термоэлектрический модуль. Эта схема известна как H-мост, потому что термоэлектрический модуль и транзисторы образуют на схеме букву «H».

В контроллере этого типа, когда все переключатели (обозначенные от S1 до S4) разомкнуты, ток через модуль не течет (Рисунок 19.3). Замыкающие переключатели S1 и S4 заставляют ток течь в одном направлении (рисунок 19.4). В качестве альтернативы замыкающие переключатели S2 и S3 (S1 и S4 теперь разомкнуты) позволяют реверсировать ток (рисунок 19.5). Этот тип схемы управления является более сложным и, следовательно, более дорогим, но это единственное практическое решение, когда приложение может потребовать как нагрева, так и охлаждения для поддержания желаемой температуры.


Рисунок 19.3


Рисунок 19.4


Рисунок 19.5

Вернуться к началу

20. Что следует учитывать при использовании чиллера?

Стандартные охладители жидкости

TE Technology были разработаны для охлаждения воды и инертных газов. Этот тип теплообменника идеально подходит для низкой стоимости и высокой производительности. Это позволяет использовать большее количество проходов для потока, чем можно было бы получить в других теплообменниках, в которых используется одна змеевидная трубка, вдавленная в пластину.

При использовании этого типа обменника следует учитывать некоторые особенности.Любая жидкость, которую вы используете в охладителях, будет контактировать с анодированным алюминием, медью и эпоксидной смолой, которая используется для соединения медных трубок. Некоторые жидкости, добавки и ингибиторы коррозии разрушают эпоксидную смолу и разъедают металлические поверхности. Поэтому, если вы планируете использовать какие-либо другие жидкости и / или добавки, вам следует тщательно протестировать устройство в реальных рабочих условиях и температурах, прежде чем вводить его в свой продукт, чтобы убедиться, что он не будет поврежден. Следует отметить, что коррозия металлических поверхностей может нанести ущерб не только теплопередаче, но и другим компонентам системы.Например, охлаждение морской воды в морском аквариуме может привести к попаданию меди в воду. Это может повредить рыбу или даже убить ее, поэтому этот тип охладителя жидкости не рекомендуется для этого применения. В любом случае вам следует протестировать кулер, чтобы убедиться в его пригодности для применения.

Следует отметить, что стандартные охладители жидкости проходят испытания под давлением 410 кПа (60 фунтов на кв. Дюйм). Однако рекомендуется, чтобы рабочее давление не превышало 205 кПа (30 фунтов на кв. Дюйм). Это следует иметь в виду, если вы непреднамеренно охладите воду до температуры ниже точки замерзания, поскольку вода будет расширяться при замерзании, и это потенциально может привести к повреждению эпоксидных соединений или разрыву самой медной трубки.Вам также может потребоваться учитывать температуру при транспортировке и хранении. Если не опорожнить охладитель перед хранением или транспортировкой, это может привести к замерзанию и повреждению. Опять же, если вы используете добавку для понижения стандартной точки замерзания воды (или какой-либо другой жидкости), добавку следует проверить на совместимость.

Термоциклирование также потенциально может вызвать проблемы с теплообменником (а также с термоэлектрическими модулями, которые рассматриваются в отдельном FAQ). Алюминий, эпоксидная смола и медь имеют разные коэффициенты теплового расширения.Следовательно, быстрые изменения температуры могут вызвать напряжение термической усталости, которое может привести к утечкам.

TE Technology может заменить стандартный жидкостный теплообменник в охлаждающем узле жидкостным теплообменником, в котором жидкость будет контактировать только с одним материалом. Мы можем предложить теплообменники с цельной змеевидной трубкой из нержавеющей стали, запрессованной в алюминиевую пластину. Эти теплообменники можно прикрепить к некоторым из наших стандартных холодильных пластин, эффективно превратив их в чиллер для жидкости.Кроме того, в качестве индивидуального устройства медные трубки с эпоксидной связью в нашем стандартном жидкостном теплообменнике могут быть заменены приваренными алюминиевыми торцевыми крышками и резьбовыми фитингами для входа и выхода жидкости. Этот метод устраняет проблемы совместимости с эпоксидной смолой и проблемы термоциклирования из соображений теплообменника. TE Technology также производит жидкостные теплообменники со складчатыми ребрами и жидкостные теплообменники, изготовленные из твердого блока материала, такого как нержавеющая сталь или медь. Если вас интересуют нестандартные устройства, обратитесь на завод.

Наконец, стандартная производительность чиллеров основана на предположении, что вода течет со скоростью 1,6 л / мин (25 галлонов в час). Производительность изменится, если будет использоваться другая жидкость и / или другой расход. Проконсультируйтесь с TE Technology, и мы сможем определить для вас производительность в различных условиях эксплуатации.

Вернуться к началу

21. Каков процесс производственных испытаний всех охлаждающих устройств в TE Technology?

TE Technology выполняет многочисленные испытания на уровне компонентов и систем, чтобы гарантировать качество и стабильность термоэлектрических систем охлаждения, которые мы производим.Каждый шаг – это звено в цепочке обеспечения качества, которая была разработана на основе многолетнего опыта создания десятков тысяч охлаждающих устройств.

Процесс начинается с тестирования 100% термоэлектрических (ТЭ) модулей на их термоэлектрические свойства. Каждый модуль тестируется на нашей собственной термоэлектрической испытательной системе. Эта система измеряет свойства термоэлектрического материала: удельное электрическое сопротивление, теплопроводность, коэффициент Зеебека и добротность. Эти измерения гарантируют, что полупроводники, используемые в модулях, обеспечивают постоянные тепловые и электрические свойства при использовании в охлаждающем узле.Система также проверяет сопротивление переменного тока всего модуля. Эта проверка важна, поскольку она подтверждает, что паяные соединения в модуле не повреждены. Например, типичный модуль на 127 пар содержит 254 термоэлектрических элемента и 508 спаек. Если какой-либо из этих паяных переходов сломается, весь модуль будет бесполезен. Более того, если последовательно подключено более одного модуля, все модули, подключенные последовательно, также будут бесполезны. Важно помнить, что иметь «мертвый» модуль в системе намного хуже, чем если бы его вообще не было.Мало того, что мертвые модули не смогут обеспечить какое-либо полезное охлаждение, они также обеспечат путь утечки тепла с горячей стороны охлаждающего узла обратно на холодную сторону.

Затем компоненты охлаждающего узла проверяются, чтобы убедиться, что они обладают физическими характеристиками, необходимыми для эффективного отвода тепла от радиатора через модуль ТЕ, а затем в радиатор. Для этого проверяются физические параметры теплообменников и ТЕ-модулей.Поверхности теплообменников измеряются на предмет плоскостности и чистоты поверхности в областях, которые контактируют с ТЕ-модулями. Если в охлаждающем узле будет использоваться более одного модуля, высота модулей согласуется, поэтому разница в высоте между ними не превышает 0,025 мм. Модули также проверяются, чтобы убедиться, что керамические подложки являются плоскими и параллельными в соответствии со спецификацией.

На данный момент компоненты были проверены, чтобы убедиться, что все компоненты имеют достаточное качество для использования в сборке.Однако одно это еще не гарантирует, что в результате будет получен хороший охлаждающий узел. Есть еще много проблем, которые могут возникнуть в процессе сборки. Три основные проблемы и их тестовые решения заключаются в следующем:

1) Один или несколько модулей TE случайно перевернуты в охладитель: модули TE неизменно имеют провода, подключенные к горячей стороне модуля. Без питания модуля это единственный способ отличить горячую сторону от холодной стороны модуля.Когда модули подключаются к жгуту, можно непреднамеренно перевернуть модуль так, чтобы он нагрелся, а не охладился. Это становится легче сделать, если модуль залит эпоксидной смолой, а модуль лишь немного толще, чем его подводящие провода. Поэтому в процессе сборки модули размещаются на радиаторе и на короткое время запитываются малым током. Затем сборщик проверяет правильность ориентации охлаждающих сторон модулей, касаясь каждого модуля и убедившись, что он работает в режиме охлаждения, а не в режиме нагрева.

2) Короткое замыкание провода ТЕ-модуля на теплоотвод или холодный сток: если лишний шарик припоя или жила провода контактирует с теплоотводом или холодным стоком, напряжение, подаваемое на термоэлектрики, может быть замкнуто на металлические поверхности охладитель, таким образом, создает потенциально опасные условия для любого, кто прикасается к устройству, когда оно находится под напряжением. TE Technology проверяет отсутствие коротких замыканий, измеряя высокое потенциальное сопротивление между проводкой модуля и открытыми металлическими поверхностями.

3) Неадекватные термоинтерфейсы: рассмотрим типичную систему охлаждения, в которой холодный сток, модули ТЕ и радиатор скреплены вместе винтами. Винты затянуты до определенного уровня, который, в свою очередь, преобразуется в определенное сжимающее усилие на модуль, обеспечивая тесный тепловой контакт между модулями TE и поверхностями радиатора и пластин холодного отвода. Однако, если есть заусенец в любом из резьбовых отверстий, если на винте есть деформированная резьба, если винт слишком длинный или резьбовое отверстие слишком короткое, крутящий момент не преобразуется в надлежащую силу сжатия.Если под термопастой будет видна грязь или прядь волос, термоинтерфейс будет испорчен. Визуальный осмотр этой проблемы практически невозможен; тем более, что обычно по периметру модулей окружает пароизоляционная прокладка. TE Technology разработала уникальный тест качества теплового перехода для решения этой проблемы. С помощью вышеупомянутого термоэлектрического испытательного оборудования к термоэлектрическим модулям подается небольшой ток и создается разница температур между радиатором и холодным стоком.Затем ток отключают, и разность температур уменьшается. Модули TE действуют как малые генераторы энергии во время спада, поэтому, отслеживая соответствующую скорость спада напряжения, можно измерить качество термоинтерфейсов внутри сборки. Также проверяется сопротивление охладителя переменному току, чтобы убедиться, что паяные соединения в модулях не были повреждены в процессе сборки.

Эти тесты занимают всего несколько минут и проводятся на 100% сборок, произведенных TE Technology.Поскольку тест термоинтерфейса проходит так быстро, он стоит намного меньше, чем полный тест производительности, который является единственным способом проверить тепловые переходы в сборке.

Таким образом, для каждой сборки выполняются следующие тесты:

· Термоэлектрические свойства проверены для каждого модуля.

· Сопротивление переменного тока проверяется на каждом модуле, чтобы убедиться, что паяные соединения внутри модуля не повреждены.

· Физические размеры и отделка всех компонентов проверены.

· Модули проверяются на правильность полярности / ориентации проводки во время сборки.

· Высокопотенциальное сопротивление между проводкой модуля и открытыми металлическими поверхностями проверяется на отсутствие коротких замыканий.

· Термические интерфейсы проверены, поэтому надлежащая теплопередача гарантирована.

· Сопротивление переменному току каждой завершенной сборки проверяется, чтобы убедиться, что паяные соединения в модулях не были повреждены во время сборки.

Таким образом, следуя этой цепочке шагов, TE Technology может обеспечить стабильную производительность для каждого охлаждающего узла, который мы производим. Чтобы узнать больше об этих методах испытаний, просмотрите технические документы в разделе загружаемых публикаций в разделе загружаемых публикаций.

Вернуться к началу

22. Как работает система номеров деталей модуля TE Technology?

Номера компонентов модуля

TE Technology состоят из трех различных компонентов – кода категории, конфигурации элемента и суффикса заливки.

Существует пять различных двухбуквенных кодов категорий. Ниже приводится список различных категорий модулей:

TE = стандартный, микро- и многоступенчатый

л.с. = высокая производительность

CH = центральное отверстие

VT = высокая температура

SP = последовательный / параллельный

За категорией модуля следует конфигурация элемента. Конфигурация элемента состоит из разных чисел, разделенных дефисом. Конфигурация может содержать до шести разных номеров в зависимости от категории модуля.

Обычно первое число указывает количество пар на ступень (см. Исключение ниже), за которым следует ширина элемента (в мм) и высота элемента (в мм). Например, CH-19-1.0-1.3 представляет собой модуль с центральным отверстием, который имеет 19 пар с элементами шириной 1,0 мм и высотой 1,3 мм. В этом примере высота элемента 1,3 мм НЕ включает толщину медной токопроводящей шины, припаянной с каждой стороны элемента. Размеры 1,0 мм и 1,3 мм относятся к самому полупроводниковому элементу.

Чтобы терминология была понятной, помните, что «элемент» – это один из полупроводниковых блоков внутри термоэлектрического модуля. Внутри модуля элементы всегда используются парами – один элемент N-типа и один элемент P-типа. Затем формируется «пара» из одного элемента N-типа и одного элемента P-типа, соединенных последовательно (электрически). Таким образом, для каждой пары в модуле будет два элемента. Иногда для обеспечения физической прочности, когда провода входят в модуль, в углу модуля добавляется избыточный элемент N-типа или P-типа, но они не учитываются для увеличения количества пар.

Кроме того, для некоторых высокопроизводительных или высокотемпературных модулей в конфигурацию элемента может быть добавлен четвертый номер, например HP-127-1.4-1.5-72. Это последнее число указывает DTmax материала, если он больше, чем тот, который используется для стандартных модулей. Следовательно, DTmax в этом случае составляет 72 ° C.

Исключение : Конфигурация элементов для многоступенчатых модулей немного отличается. Здесь первое число – это количество этапов, за которым следует количество пар на этап.В скобках указано количество пар на этапе. Последняя цифра – это высота элемента. Например, ТЭ-2- (127-127) -1,15 – это двухступенчатый модуль, состоящий из двух 127 парных ступеней с высотой элементов 1,15 мм.

Последним компонентом номера детали модуля является суффикс заливки. Модуль может либо не иметь суффикса, который указывает на то, что этот модуль не заполнен (TE-63-1.4-1.15), либо он может иметь заглавную букву «P» (TE-63-1.4-1.15P), которая означает, что этот модуль залит. .Это означает, что по периметру модуля нанесен герметизирующий состав (Moisture Protection Ruggedizing).

Вернуться к началу

23. Как лучше всего прикрепить датчик температуры при измерении температуры или при использовании регулятора температуры?

Правильно прикрепить датчик температуры к какой-либо детали сложнее, чем кажется. Ознакомьтесь с нашим техническим руководством: приложение датчика [документ Adobe PDF].

Вернуться к началу

Термины и определения

Температура окружающей среды: Температура воздуха или окружающей среды, окружающей термоэлектрическую систему охлаждения; иногда называется комнатной температурой.
Активная тепловая нагрузка: Количество тепла, выделяемого чем-либо, независимо от того, существует ли разница температур. Например, это может быть отходящее тепло от включенного электронного устройства.Обычно это входная мощность устройства (напряжение * ток) за вычетом любой выходной мощности. Другой пример – тепло, выделяемое экзотермической химической реакцией. См. Также «Пассивная тепловая нагрузка».
Сопротивление переменному току (ACR): Электрическое сопротивление термоэлектрического модуля. «Переменный ток» относится к переменному току и служит напоминанием о том, что измерение с помощью обычного омметра (который использует сигнал постоянного тока) приведет к ошибочным результатам. Фактически, даже омметр переменного тока также может давать ошибочные результаты (хотя и не такие серьезные по сравнению с типичными омметрами).Поэтому TE Technology использует специально разработанное испытательное оборудование для точного измерения этого параметра.
BTU (британская тепловая единица): Количество тепла, необходимое для подъема одного фунта воды на один градус по Фаренгейту при стандартной температуре 39,2 ° F и давлении в одну атмосферу. 1 британская тепловая единица = 1055 Дж.
кубических футов в минуту: Объемный расход газа, обычно воздуха, выраженный в английской системе единиц.Обычно это относится к количеству воздуха, проходящего через ребра радиатора с принудительной конвекцией.
COP (коэффициент полезного действия): COP – это отношение отведенного (или добавленного в случае нагрева) тепла к входной мощности.
DTmax: Максимально достижимая разница температур между холодной и горячей сторонами термоэлектрических элементов в модуле при приложении Imax и отсутствии тепловой нагрузки на модуль.Этот параметр основан на том, что температура горячей стороны элементов в модуле составляет 300 К. В действительности, практически невозможно удалить все источники тепла для достижения истинного DTmax. Таким образом, число служит только стандартизированным показателем охлаждающей способности термоэлектрического модуля.
Удельное электрическое сопротивление: Удельное электрическое сопротивление относится к величине тока, который объект будет пропускать через свой объем, вызванного разностью напряжений в этом объеме.Типичная единица измерения – Ом * м. Удельное электрическое сопротивление – это внутреннее свойство материала. При умножении на длину объекта и делении на площадь поперечного сечения объекта получается электрическое сопротивление объекта.
Тепловой насос: Количество тепла, которое термоэлектрическое устройство способно отводить или «откачивать» при заданном наборе рабочих параметров.
Радиатор / холодный радиатор: Радиатор – это устройство, которое крепится к горячей стороне термоэлектрического модуля.Он используется для облегчения передачи тепла от горячей стороны модуля к окружающей среде. К холодному модулю прилагается холодная мойка. Он используется для облегчения передачи тепла от охлаждаемого объекта (жидкости, газа, твердого тела) к холодной стороне модуля. Самый распространенный радиатор (или холодный радиатор) – это алюминиевая пластина, к которой прикреплены ребра. Вентилятор используется для перемещения окружающего воздуха через радиатор, чтобы забирать тепло от модуля. В другом стиле используется пластина со встроенной в нее трубкой.По трубке проходит жидкость, которая забирает тепло от модуля.
Imax: Ток, который создает DTmax, когда горячая сторона элементов в термоэлектрическом модуле поддерживается на уровне 300 К.
Характеристики материалов: Спецификации материалов в контексте термоэлектриков – это тепловые и электрические свойства полупроводников, которые помогают определить, как полупроводник будет вести себя.Они обычно включают такие параметры, как коэффициент Зеебека, удельное электрическое сопротивление и теплопроводность, если они указаны для полупроводникового материала N-типа или P-типа. После сборки термоэлектрического модуля (Пельтье) свойства материала модуля могут быть протестированы в целом. Если указано для термоэлектрического модуля, могут быть измерены средние свойства всех элементов в модуле (с использованием метода испытаний с низким энергопотреблением). и используется для проецирования таких параметров, как DTmax, Imax, Vmax и Qmax.Тестирование модуля с помощью теплового теста на полной мощности было бы непрактичным, поскольку это потребовало бы помещения термоэлектрического модуля в охлаждающий узел и проверки тепловых характеристик этого узла (отнимает много времени, дорого). Спецификации материалов для модуля не полностью определяют, как сам модуль будет вести себя в сборке, поскольку эти свойства материала позволяют прогнозировать тепловые характеристики полупроводниковых элементов без учета (1) паразитных потерь из-за уплотнения по периметру (заливки) и ( 2) температура на подложках повышается и понижается.По этой причине прогнозируемые кривые охлаждения будут показывать несколько более низкие значения для максимальных V, I, Q и DT.
Пассивная тепловая нагрузка: Тепло, передаваемое за счет разницы температур. Например, это тепло, которое проникает через изолированные стенки шкафа, когда в шкафу холоднее, чем температура окружающей среды. Другой пример – тепло от солнечного излучения.
Эффект Пельтье: Явление, при котором прохождение электрического тока через соединение, состоящее из двух разнородных металлов, приводит к охлаждающему эффекту.Когда направление тока меняется на противоположное, происходит нагрев.
Qмакс: Количество тепла, которое элементы ТЕ могут отвести, когда разница температур между элементами в модуле равна нулю, температура горячей стороны элементов составляет 300 K, и модуль питается током Imax. .
Коэффициент Зеебека: Коэффициент Зеебека – это мера потенциала электрического напряжения, который существует в электрическом проводнике, концы которого поддерживаются при двух разных температурах, а ток не течет.Это внутреннее свойство, имеющее единицы измерения V / K. Термопары, используемые для измерения температуры, используют этот принцип.
Удельная теплоемкость: Количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры определенного вещества на один температурный градус. Типичные единицы – Дж / кг / К.
Коэффициент теплового расширения: Мера изменения размеров материала из-за изменения его температуры.Общие единицы измерения включают сантиметр на сантиметр на градус Цельсия и дюйм на дюйм на градус Фаренгейта.
Теплопроводность: Теплопроводность – это количество тепла, которое объект будет передавать через свой объем, когда в этом объеме возникает разница температур. Это внутреннее свойство, и типичные единицы измерения включают Вт / м / К и БТЕ / ч / фут / ° F. При умножении на площадь поперечного сечения объекта и делении на длину объекта получается теплопроводность объекта.
Тепловой интерфейс: Физический интерфейс между двумя объектами, через который передается тепло. В случае термоэлектриков это относится к физическому соединению модуля с радиатором / радиатором. Обычно между модулем и радиатором используется термопаста. Иногда может быть припой. В других случаях это может быть теплопроводящая прокладка.
Термическое сопротивление: Мера, относящаяся к повышению температуры на единицу приложенного тепла.Все среды, через которые проходит тепло, имеют соответствующее тепловое сопротивление. Общие термические сопротивления – это сопротивление теплоотвода и сопротивление термоинтерфейса. Термоэлектрические охладители лучше работают с радиаторами, имеющими низкое тепловое сопротивление.
Термоэлектрический модуль: Электронный компонент на основе полупроводников, который работает как небольшой тепловой насос. При подаче низковольтного источника постоянного тока на ТЕ-модуль тепло будет перемещаться через модуль от одной стороны к другой.Таким образом, одна сторона будет охлаждена, а противоположная – нагрета. Следовательно, ТЕ-модуль можно использовать как для нагрева, так и для охлаждения.
Коэффициент Томсона: Если концы электрического проводника удерживаются при двух разных температурах, создается потенциал напряжения, потому что электроны на горячем конце проводника будут дрейфовать к холодному концу проводника. Когда подается внешний ток, так что электрические носители текут от холодного конца к горячему, электрические носители должны поглощать тепло, чтобы поддерживать равновесие с температурой.Если бы внешний ток применялся от горячего к холодному, носители выделяли бы тепло для поддержания температурного равновесия. Коэффициент Томсона – это мера напряжения на разность температур, а при приложении внешнего тока – это мера тепла, выделяемого или поглощаемого на единицу разницы температур на единицу тока. Обычно эффект Томсона присущ материалу. Однако эффект Томсона также может быть применен к проводнику извне, изменяя свойства материала по длине проводника.Это действительно может улучшить характеристики охлаждения по сравнению с обычным изотропным материалом. Эффект Томсона действительно более сложен, чем описанный выше. Трудно описать словами то, что точно описывает математика.
Vмакс .: Напряжение, которое создается при DTmax при приложении Imax, и температура горячей стороны элементов внутри термоэлектрического модуля составляет 300 К.
Знак отличия (Z) Z – это прямая мера охлаждающей способности термоэлектрического модуля.2 / R / K, где S – коэффициент Зеебека, R – удельное электрическое сопротивление, а K – теплопроводность термоэлектрического материала. Однако Z зависит от температуры, поэтому при сравнении одного модуля с другим они должны основываться на одинаковых температурах горячей стороны.

Вернуться к началу

Техническая информация по узлам охлаждения

Инструкции ниже находятся в документах Adobe PDF. На большинстве компьютеров уже установлен Acrobat Reader.Если у вас нет, вы можете получить бесплатную программу Adobe Acrobat Reader здесь. (ссылка откроется в новом окне)

1. Щелкните здесь, чтобы просмотреть простой график, изображающий монтаж охлаждающего узла с использованием монтажных отверстий (более подробная информация по монтажу и размеры вырезов доступны в Руководстве по эксплуатации термоэлектрического охлаждающего узла, ссылка ниже).

2. Щелкните здесь, чтобы просмотреть инструкции по монтажу узла охлаждения с использованием резьбовых втулок.

3. Щелкните здесь, чтобы просмотреть инструкции по установке термостата для защиты от перегрева (с использованием резьбовых втулок).

4. Щелкните здесь, чтобы просмотреть инструкцию по эксплуатации термоэлектрического охлаждающего узла (TCA).

Вернуться к началу

Техническая информация о модулях TE

Приведенные ниже процедуры находятся в документах Adobe PDF. На большинстве компьютеров уже установлен Acrobat Reader. Если у вас нет, вы можете получить бесплатную программу Adobe Acrobat Reader здесь. (ссылка откроется в новом окне)

1. Щелкните здесь, чтобы просмотреть процедуру монтажа стандартных и металлизированных модулей (инструкции по использованию термопасты и / или паяльных модулей).

2. Щелкните здесь, чтобы получить информацию о заливке (герметизации модуля) для защиты от влаги и повышения прочности.

Вернуться к началу

Технические документы и литература компании

Мы стремимся оставаться в авангарде термоэлектрических технологий и разработок в глобальном масштабе. При этом наш инженерно-технический персонал опубликовал широкий спектр технических документов по таким темам, как проектирование и проектирование, надежность и испытания материалов и устройств. Мы приглашаем вас изучить этот раздел и познакомиться с термоэлектрическим полем.

Информация для заказа [Adobe PDF]

Полный список наших загружаемых публикаций и корпоративной литературы можно просмотреть, выбрав пункт меню «Загрузки» или щелкнув здесь.

Вернуться к началу

Мини-холодильник с модулями Пельтье – охладитель Пельтье

Это было в середине 1821 года, когда Дж. Зеебек обнаружил, что если два разнородных металла, соединенных в двух разных точках, выдерживать при разных температурах, возникает микровольт.Это явление называется эффектом Зеебека. Несколько лет спустя Пельтье обнаружил, что если на термопару подается напряжение, один спай термопары нагревается, а другой остывает. Противоположность эффекту Зеебека называется эффектом Пельтье.

Это руководство по разработке небольшого твердотельного кулера основано на общедоступном чипе Пельтье. Чип Пельтье – это термоэлемент, который использует эффект Пельтье для реализации теплового насоса. В нем две тарелки, одна холодная, а другая горячая.Между пластинами соединены несколько термопар. При подаче надлежащего напряжения одна пластина становится холодной, а другая – горячей.

Чип Пельтье называется тепловым насосом, потому что он не генерирует ни тепла, ни холода. Он просто передает тепло от одной пластины к другой, таким образом охлаждая первую пластину. Его также часто называют микросхемой термоэлектрического охладителя (TEC). Короче говоря, при приложении постоянного тока (DC) к микросхеме TEC возникает разница температур между передней и задней частью устройства (эффект Пельтье), и в результате вы получаете горячую и холодную поверхность.TEC1-12706 – это обычный термоэлектрический охлаждающий чип, доступный у большинства трейдеров eBay.

В TEC1-12706 буква C после TE указывает «стандартный размер», а 1 означает «одноступенчатое» TEC. Затем следует тире. Первые три цифры после тире указывают количество термопар внутри ТЭО. Здесь 127 пар. Следующие две цифры указывают номинальный рабочий ток для Пельтье. Итак, 06 означает «6 ампер».

Охладитель Пельтье

Охладитель Пельтье – это охлаждающий двигатель, содержащий элемент Пельтье (микросхему ТЕС).Когда через микросхему ТЕС пропускается постоянный ток, низкотемпературная сторона поглощает тепло, а высокотемпературная сторона излучает тепло, создавая разницу температур на двух поверхностях. Однако, поскольку выделяемое тепло в большей степени реагирует на количество электричества, вводимого в модуль, чем поглощаемое тепло, если постоянный ток постоянно пропускается через чип, выделяемое тепло превышает поглощенное тепло, и обе стороны блока становятся горячими. Из-за этого крайне важно подключить микросхему TEC к радиатору, например, к алюминиевым ребрам, чтобы эффективно рассеивать излучаемое тепло.

Короче говоря, когда на микросхему ТЕС подается постоянное напряжение, положительные и отрицательные носители заряда в матрице гранул поглощают тепловую энергию от одной поверхности подложки и передают ее подложке на противоположной стороне. Поверхность, на которой поглощается тепловая энергия, становится холодной, а противоположная поверхность, на которой выделяется тепловая энергия, становится горячей!

Кулер Пельтье также включает в себя мощную комбинацию радиатора и вентилятора для охлаждения микросхемы TEC. В таблице ниже представлены характеристики микросхемы термоэлектрического охладителя TEC1-12706.Вы можете купить радиатор процессора и вентилятор с почти такими же характеристиками, что и вентилятор процессора для процессоров AMD: 80,6 × 80,6 × 69,4 мм3 с радиатором с алюминиевыми ребрами. 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 на eBay и / или Amazon (см. Рис. 1).

Рис.1: Ключевые компоненты для самодельного охладителя Пельтье

Микросхема ТЕС и базовый тест

Перед тем, как начать реальное строительство с микросхемой TEC, проверьте ее на предмет надлежащего рабочего состояния.Для этого просто подключите красный (+) и черный (-) провода микросхемы TEC (TEC1-12706) к лабораторному источнику питания 1,5 В постоянного тока и оставьте источник питания включенным в течение 10–30 секунд. После этого вы можете проверить микросхему TEC с помощью кончика пальца или цифрового термометра, чтобы убедиться, что одна сторона микросхемы горячая, а другая холодная. Просто отметьте горячую и холодную стороны чипа TEC (например, буквами H и C) с помощью любого перманентного маркера.

Рис.2: Тестирование микросхемы TEC

Включение питания

Двигатель охладителя в сборе (микросхема термоэлектрического охладителя, радиатор и вентилятор охлаждения, все в сборе) может питаться от блока / модуля импульсного источника питания (SMPS) 12 В, 6 А +, как показано на рис.3. Или попробуйте аккумулятор SMF 12 В / 7 Ач. Если все в порядке, через несколько секунд на тарелке появятся следы инея.

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

Обратите внимание, что основная функция микросхемы Пельтье – охлаждение, а микросхемы Пельтье имеют разные номинальные мощности, соответствующие тому, насколько быстро холодная сторона может охладить объект. Другой обычно указываемый фактор – это дельта-Т (dT), которая представляет собой максимальную разницу между температурами с обеих сторон.

Кроме того, чипы Пельтье не работают в соответствии со спецификациями, за исключением случаев, когда есть что-то, что помогает отводить тепло с горячей стороны.Вот почему нужен мощный радиатор. Это окружающий воздух с его температурой, в которой рассеивается тепло.

Итак, собранный и протестированный двигатель-охладитель теперь можно использовать для создания собственного мини-холодильника, кулера для банок или крошечного кондиционера. Мы надеемся, что поиск в Google даст вам интересные идеи по этому поводу.

Контроллеры / драйверы TEC

Иногда требуется специальный контроллер / драйвер ТЕС. Конечно, существует множество устройств для продвинутых приложений.На eBay вы можете найти несколько устройств, которые подойдут для этой работы. На рис. 4 показано такое многофункциональное устройство, неожиданно имеющее один канал обратной связи для приема входных сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.

Рис. 4: Контроллер Пельтье sPLC-10

Контроллер ТЕС регулирует ток, подаваемый на микросхему Пельтье, в соответствии с желаемой температурой объекта и фактической измеренной температурой объекта. Чтобы иметь возможность контролировать температуру объекта, вы должны разместить датчик на объекте.Обратите внимание, что важно разместить датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где вам нужно поддерживать желаемую температуру.

Поскольку вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху, большинство высокопроизводительных контроллеров ТЕС имеют выделенные выходы управления вентиляторами, поддерживаемые методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Следовательно, вентилятор увеличивает тепловые характеристики и уменьшает разницу температур (dT), позволяя использовать радиаторы меньшего размера.

Коэффициент полезного действия

Важным показателем при выборе элемента Пельтье является коэффициент полезного действия (COP). COP определяется как количество тепла, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье. Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье. Таким образом, радиатор должен рассеивать минимальное общее количество тепла. Более низкая температура радиатора приводит к более низкому dT. Таким образом, можно использовать радиаторы меньшего размера, что обеспечивает более компактную конструкцию.С другой стороны, при оптимизации затрат следует использовать конструкцию с более низким COP.

DC или ШИМ?

Существует два режима питания / контроллера для термоэлектрических охладителей, работающих на эффекте Пельтье: постоянный ток и ШИМ. Хотя во многих ситуациях ШИМ используется для управления элементами Пельтье, большинство производителей элементов Пельтье предлагают режим постоянного тока и прямо 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 – это электромагнитные помехи (EMI) в проводке к элементу Пельтье.

Некоторые эксперты рекомендуют использовать ШИМ с L-C фильтром, чтобы получить чистый ток возбуждения на более высоких частотах, в то время как другие предпочитают сравнительно простой режим постоянного тока. В любом случае, согласно документации, для достижения хорошей стабильности важно, чтобы ток возбуждения был постоянным и плавным с очень низкой пульсацией и шумом. Волны снижают охлаждающую способность элемента Пельтье.

Линейный или ИИП?

Существует два популярных решения для создания необходимого постоянного тока для управления элементами Пельтье – линейное и SMPS.Поскольку элементы Пельтье / линейные блоки питания питаются постоянным током, 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 рассказывается об основах и некоторых идеях, которые помогут стимулировать воображение и творческие способности.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.

Термоэлектрический генератор

: как построить один

Термоэлектрический генератор

– это полупроводниковое устройство, которое преобразует разницу тепла между двумя слоями в электричество.

Он относится к классу материалов, называемых «термоэлектрики», и является одной из самых больших надежд автомобильной промышленности в отношении экономии, получаемой от двигателя внутреннего сгорания. Его также называют «генератором Пельтье».”

С помощью генератора Пельтье автомобиль может эффективно снизить расход топлива за счет рекуперации части энергии, которую двигатель теряет в виде тепла, и передачи ее аккумулятору, тем самым помогая питать электронику автомобиля и даже кондиционер. В случае гибридных автомобилей термоэлектрический генератор также может преобразовывать тепло в движение.

Вот как вы можете самостоятельно разработать термоэлектрический генератор Пельтье в домашних условиях:

1. Берем два радиатора

Они должны быть достаточно большими для ваших нужд и смочить их термопастой в том месте, где блок Пельтье застрянет (вы можете найти его в любом IT-магазине / RadioShack).

2. Изготовить теплоизолятор

Это для разделения двух радиаторов. Это может быть что угодно, если только оно соответствует максимальной температуре вашего приложения (не плавится). Изолятор не должен быть толще блока Пельтье, который вы устанавливаете между радиаторами. Вырежьте отверстие по размеру и форме элемента Пельтье, чтобы оно идеально входило в изолятор. Также освободите место для двух проводов.

3. Собрать генератор

Соедините два радиатора, изолятор с элементом Пельтье и установите источник тепла на один из радиаторов.Чем дольше вы ждете, тем выше напряжение и ток (мощность), которые вы получаете от устройства Пельтье.

Конечно, у всего есть свои ограничения, но с блоком размером с тот, который показан в следующем видео, вы легко сможете управлять небольшими гаджетами, которые есть у вас дома. Термоэлектрический генератор большего размера послужит более высоким целям.

Посмотрите видео и сделайте то же самое! Удачи!

(Посещений 17946 раз, сегодня 1 посещений)

Персональный холодильник Пельтье «Fabbaloo

Персональный холодильник Пельтье, напечатанный на 3D-принтере [Источник: Thingiverse]

Выбор на этой неделе – Персональный холодильник Пельтье от дизайнера Ярно В.

Это очень необычный предмет, использующий особый термодинамический механизм: эффект Пельтье. Согласно Википедии, эффект Пельтье равен:

.

«Эффект Пельтье – это наличие нагрева или охлаждения в наэлектризованном соединении двух разных проводников. Он назван в честь французского физика Жана Шарля Атанаса Пельтье, который открыл его в 1834 году. Когда ток проходит через соединение между двумя проводниками. , A и B, тепло может выделяться или отводиться на стыке.”

Другими словами, когда электричество проходит через определенный набор материалов, одна сторона охлаждается, а другая нагревается. Тепло передается от одной стороны к другой, как в тепловом насосе, за исключением того, что он полностью твердотельный – без движущихся частей. Это называется «термоэлектрическое охлаждение».

В этом проекте это явление используется для создания личного устройства для охлаждения в жаркие дни, что весьма приветствуется в этот сезон изменения климата.

Термоэлектрическое охлаждение и 3D-печать

Физически это устройство предназначено для ношения на запястье, которое охлаждает вас за счет непрямого доступа к кровотоку.Поместив холодную сторону термоэлектрического охлаждающего элемента на внутреннюю сторону запястья, он окажется относительно близко к венам. Охлаждая этот кровоток, он быстро проходит через все ваше тело, охлаждая вас в целом.

Этот метод охлаждения на основе запястья, по-видимому, также использовался солдатами в Персидском заливе, которые погружали руку в охлаждающий раствор. Это быстро снизит температуру их тела даже в самые жаркие летние дни.

Персональный охладитель Пельтье не так эффективен, но он работает.Фактически, Ярно V говорит:

«Прикрепите его к запястью для оптимального кровотока. На мой взгляд, лучше всего использовать от 5 до 8 В. Вы можете использовать напряжение до 12 В, но будьте осторожны, чтобы не было слишком холодно (или слишком жарко на другой стороне модуля Пельтье) ».

В устройстве есть вентилятор, но не обманывайте себя: охлаждающий эффект вызывает не он. Охлаждение полностью термоэлектрическое. Работа вентилятора заключается в отводе избыточного тепла, которое собирается на радиаторе, прикрепленном к горячей стороне блока Пельтье.Этот вентилятор унесет ваше тепло.

Детали для персонального кулера Пельтье, напечатанного на 3D-принтере [Источник: Thingiverse]

Создание персонального кулера Пельтье

Строить этот проект относительно просто; есть браслет и корпус для охлаждающего устройства, а также крышка, которая должна быть напечатана на 3D-принтере. Помимо печатных деталей вам понадобится охлаждающий блок Пельтье, радиатор и вентилятор. Да, и вам также понадобится источник питания для питания блока Пельтье и вентилятора.

Большинство из этих компонентов легко найти, и они могут быть даже у вас под рукой, но устройство Пельтье может быть немного реже.Тем не менее, их относительно легко найти в Интернете, например, этот термоэлектрический модуль Пельтье с радиатором 40X40 мм, 12 В 60 Вт, охлаждающий пластину Пельтье, доступный на Amazon всего за десять долларов.

Файлы для производства персонального кулера Пельтье доступны для бесплатного скачивания в Интернете на сайте Thingiverse благодаря любезности Ярно В.

Через Thingiverse




Выбор на этой неделе – «Мы любим сердца наших клиентов» от Additive Industries.




Выбор на этой неделе – гладкий и широкий диван Bionic от дизайнера Алекса Демина.




Выбор на этой неделе – это простая в сборке шарнирно-позируемая рука, напечатанная на 3D-принтере, которую можно использовать по-разному.




То, что выглядело как ветки, оказалось формами, созданными с помощью генеративного дизайна, результатом алгоритмов генеративного проектирования, доступными в Autodesk Fusion 360, а затем отлитыми из металла.




Молодая студентка инженерного факультета Даниэль Бойер разработала недорогого робота, ориентированного на преподавателей и студентов, и скоро 150 из них отправятся в учебные заведения.




Для чего ДЕЙСТВИТЕЛЬНО годится термоэлектрический охладитель …

Сказки… вечные двигатели… Не все сказки – вечные двигатели, но все вечные двигатели, безусловно, сказки. Однако, прежде чем я углублюсь в специфику термоэлектрических охладителей, уместно подготовить почву для этой конкретной категории сказок.

Есть два классических типа «машин» с вечным двигателем, называемых (не очень творчески) машинами «типа 1» и «типа 2» (или, в равной степени творчески, машин «1-го типа» и «2-го типа»).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 позволяет всегда генерировать крутящий момент в постоянном направлении (или, возможно, в чередующемся направлении, но в среднем в одном направлении). В отсутствие трения (или нагрузки) они будут двигаться вечно без какой-либо дополнительной энергии.Машины типа 1 настолько легко найти, что Патентное ведомство США не принимает заявки на машины этого типа без работающей модели. В тех редких случаях, когда он предоставляется, «ум» неизменно заключается в том, чтобы спрятать где-нибудь небольшой источник энергии, а работа патентного инспектора – быть умнее изобретателя и найти его! Самые вопиющие примеры машин типа 1 – это когда изобретатель фактически утверждает, что ведет нагрузку, даже если для машины нет источника энергии. Более хитрые примеры не скрывают того факта, что у них есть источник энергии, они просто утверждают, что выдают больше энергии, чем получают.Например, несколько лет назад меня попросили оценить «генератор свободной энергии с нулевым зацеплением», который утверждал, что вырабатывает больше электроэнергии, чем вводимая ветряная турбина. (В этом случае я считаю, что изобретатель не был не вводил в заблуждение намеренно, но он совершенно не знал, как измерить электрическую мощность!)

Машины типа 2 более тонкие. Они нарушают Второй закон термодинамики , который гласит, что энтропия не может быть уменьшена (в закрытой системе). Энтропия – это концепция, которую немного сложно понять, не говоря уже о количественной оценке, но очень часто ее можно свести к простому наблюдению, что тепло никогда не может пассивно перетекать из более холодного места в более горячее.Если это происходит, значит, вы либо упустили что-то важное, либо у вас есть настоящий вечный двигатель типа 2. Я вспоминаю (смущенно) экзамен на моем первом курсе термодинамики в бакалавриате. Нас попросили оценить любопытную (и подозрительно звучащую) штуку, называемую «вихревой трубкой». В вихревой трубе сжатый воздух подается в основание Т-образной трубы, и, что удивительно, холодный воздух выходит из одной ветви Т, а горячий воздух выходит из другой ветви Т. Я был достаточно подозрителен, чтобы поймите, что это означало, что некоторая энергия каким-то образом двигалась «вверх» от температуры входящего потока к более горячей выходной ветви.Постановка задачи была очень конкретной и включала массовые расходы, температуры и давления, поэтому я приступил к вычислениям, показывающим, что даже несмотря на то, что чистая энергия не создавалась, чистая энтропия выходящих воздушных потоков была меньше, чем энтропия набегающего воздушного потока, что доказывает его невозможность. Оказывается, вихревые трубки – это реально! Я сделал ошибку в расчетах, хотя профессор был достаточно великодушен, чтобы частично отдать мне должное за то, что я хотя бы подумал о поиске нарушения 2-го закона.Я хочу сказать, что второй закон необходимо учитывать всякий раз, когда вы пытаетесь «перекачать» энергию из холодного места в более горячее.

Введите Термоэлектрические охладители (или ТЕС) . Это маленькие умные гаджеты, в которых используется хорошо зарекомендовавший себя эффект Пельтье. Они похожи на обратные термопары. Вы, наверное, сами где-то видели их в виде охладителя пива или чего-то подобного. Они явно работают (и запатентованы). Одна из самых замечательных особенностей них – то, что у них нет движущихся частей, и они могут быть полностью бесшумными.Вы подаете электричество на клеммы устройства, и одна «сторона» устройства становится холодной («внутренняя» в случае холодильника на колесах), в то время как другая сторона (или снаружи) становится горячей. Очевидно, что если температура окружающей среды находится где-то между этими двумя крайними значениями, тепло обязательно будет вытекать из горячей стороны в окружающую среду, а тепло будет поступать в холодную сторону устройства из окружающей среды (или того, к чему она прикасается, например ваше пиво). Если вы обратите внимание, вы сделаете два вывода: 1) это может быть действительно умный способ охлаждения электроники без использования вентиляторов или жидких охлаждающих жидкостей; и 2) если это не нарушает 2-й закон, есть один важный момент, который мы еще не удосужились рассмотреть (и он может укусить нас в конце концов).

Вот эта штука. Она называется КПД Карно тепловой машины. На практике он дает вам быструю оценку, основанную на задействованных температурах, количества дополнительного тепла, которое вам нужно добавить в систему охлаждения, чтобы переместить часть этого тепла из более холодного места в более горячее. (Фактически, это то, что позволяет вам избежать нарушения 2-го закона). В качестве аргумента может оказаться, что для вывода 1 Вт из разветвления вам нужно добавить еще 1 Вт, а это означает, что ваш последний радиатор должен отклонять 2 Вт в окружающую среду вместо исходной 1 Вт.Откуда берется лишняя энергия? Через эти милые, тихие электрические клеммы. Приложение вольт, умноженное на количество подаваемого ампера, равняется дополнительной энергии, которой раньше не было.

Ага, вот в чем загвоздка! Конечно, вы можете создать миниатюрный охладитель Пельтье и снизить температуру перехода (T j , «внутренняя часть» электронного компонента) до чего-то более прохладного, 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 , добавив энергии ко всей системе, чтобы получить более низкую T j .С точки зрения макромасштабного термического аналитика, это обычно неправильно, 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 вначале.) Например, сопротивление вашей печатной платы может быть в 2 раза ниже, чем было раньше (больший теплоотвод, больший вентилятор и т. Д.) , чтобы отклонить тепло добавил кулером, чтобы получить более низкий T j .Но если бы вы могли это сделать, то вам нужно было бы всего лишь сделать , другими словами, без , добавляющего кулер – и вы все равно снизили бы свой T j на кучу!

Теперь я могу подумать о нескольких ситуациях, когда TEC может быть отличным выбором, но вы должны быть очень уверены в своих расчетах. Во-первых, когда у вас очень небольшая локализованная концентрация тепла и вы можете позволить себе снизить температуру в этом месте 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 увеличивается с температурой). В последнем случае у вас должен быть некоторый запас в «тепловом бюджете» вашей системы, потому что с точки зрения системы вам нужно будет избавиться от некоторого дополнительного тепла.

Мой совет – очень тщательно подумайте, действительно ли TEC подходит для решения вашей проблемы с охлаждением электроники.И использование его для охлаждения пива тоже может быть не лучшим выбором, если вы собираетесь тщательно подумать об охлаждении своей электроники! Ты будешь судьей!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *