Термоэлектрический охладитель пельтье. Что такое элемент пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение Кондиционер на эл пельтье для ваз 2107

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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?

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

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 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.

Наверное, когда-то кондиционер в автомобиле станет совершеннейшей нормой, вне зависимости от стоимости и комплектации. Однако по-прежнему миллионы машин, «бегающих» по нашим дорогам, не имеют этой полезной опции, да и новые, также лишенные кондиционера, все еще выпускаются. А, стало быть, каждое лето раскаленные от солнцепека головы водителей машин без «кондея» посещают нервные мысли о способах охлаждения «душегубки» нагретого на солнце салона альтернативными и «асимметричными» методами.

Первое, что страждущий находит в интернете по запросам «охладить салон машины без кондиционера», «спастись от жары без кондиционера» и т.п. – это предложение использовать ПЭТ-бутылки со льдом. Идея сия кочует с сайта на сайт годами и навскидку даже выглядит работоспособной.

Уверенности прибавляют многочисленные описания гаражных конструкций автомобильных суррогатных «кондиционеров», сделанных на коленке и использующих в качестве «хладагента» ту самую замороженную воду в бутылках от газировки или пива. Представляют они собой разнообразные коробки и ящики, оклеенные внутри фольгой во избежание потерь холода, и с установленными вентиляторами для продувки воздуха через лед. В принципе, это логичное направление развития, нацеленное на повышение КПД технологии, хотя за инжинирингом теряется главное – привлекательная простота. В любой конструкции нужно учитывать фактор человеческой лени – какой бы эффективной ни была разработка, она рано или поздно будет закинута на пыльную полку даже самим разработчиком, если потребует сложной последовательности действий или непростой подготовительной работы… Заморозить, а потом прихватить с собой перед поездкой пару бутылок – по силам любому, а вот городить ящики с вентиляторами – это уже, по мнению большинства, перебор…

Так или иначе, идея витает в массах, но тех, кто опробовал-таки технологию на практике, крайне немного. Поэтому наша задача – разрушить или подтвердить миф с термометром в руках. Проверить, получив выводы в сухих цифрах, а не в субъективных ощущениях, простейший базовый вариант – смогут ли «полторашки» со льдом, положенные на торпедо под струю воздуха из вентилятора, сделать пребывание в машине без «кондея» хоть сколько-то более комфортным? И понять тем самым, целесообразно ли в принципе прикладывать дальнейший креатив, руки и силы в этом направлении?

Эксперимент будет выглядеть так. Берем два одинаковых автомобиля одного цвета, ставим их рядом на солнцепек на несколько часов. После прогрева салонов солнечными лучами в одной машине просто включаем салонный вентилятор на продувку наружным воздухом, а в другой – запускаем рециркуляцию и пускаем поток воздуха на стекло, обдувая им несколько литров льда, замороженного в ПЭТ-бутылках, лежащих на торпедо. Через 15 минут смотрим на результат – насколько удастся понизить температуру? Итак, поехали!

Температура в салоне автомобилей после трех часов, проведенных на солнце – 38 градусов Цельсия:

В одну машину кладем ледяные бутылки, включаем в обеих вентиляторы, засекаем время – 15 минут…

Результат – удручающий… В машине, в которой вентилятор работал на продувку салона забортным воздухом, температура понизилась до 33 градусов, а в машине, в которой была включена рециркуляция и воздух гонялся по кругу, обдувая бутылки со льдом – только до 35,5 градусов… Банальная продувка даже без открытых окон оказалась эффективнее обдува льда в замкнутом пространстве!

Миф о бутылочном охлаждении живуч, и хотя результат был предсказуем, проверить все же стоило. При этом все же стоит отметить, что шесть литров льда способны на большее, вот только не в таком виде!

У любого устройства, работающего на теплоотдачу, будь то кондиционер или обогреватель, важнейшая характеристика – площадь рабочей поверхности. У бутылок на торпедо она крайне мала, плюс обдув их организован неэффективно. Если бы мы поместили те же шесть литров льда в плоскую ребристую емкость, подобную автомобильному радиатору, расположили её в салоне машины и начали продувать через неё воздух – эффект был бы в разы заметнее. Вот только сопутствующие сложности делают подобное мероприятие бессмысленным чуть более, чем полностью…

Прочие тупиковые идеи «альтернативных кондиционеров»

Какие еще идеи посещают не имеющих кондиционера автовладельцев с завидной регулярностью с наступлением лета? Можно, конечно, установить нештатный универсальный кондиционер – он, в принципе, ничем не будет отличаться от штатного – разве что органы управления на панели будут немножко выделяться в общей стилистике интерьера. Но стоимость установки «кондея» на бюджетный легковой авто с компонентами и работой «под ключ» сегодня составляет приблизительно 60 000 рублей. Дороговато, в общем…

Поэтому такое решение быстро отбрасывается и начинается «креативное кроилово». И тут, конечно же, на втором месте после замороженных ПЭТ-бутылок приходит мысль об использовании в машине мобильного или оконного кондиционера, стоимость которых стартует от более-менее доступных 10 000 рублей даже сейчас, в горячий сезон.

Многим кажется, что если поставить бытовой кондиционер-моноблок на заднее сиденье, запитать через инвертор 12-220 вольт и высунуть шланг горячего воздуха в окно, то можно наслаждаться прохладой! Однако реальных успехов никто из таких мечтателей пока не добился… Почему идея нежизнеспособна?

Дело в том, что даже самый слабосильный оконный кондиционер потребляет в режиме охлаждения от сети 220 вольт мощность около полутора киловатт. КПД инвертора 12/220 – явно не 100%, но для простоты демонстрации на пальцах примем её за сто. Соответственно, от бортовой сети 14 вольт такой кондиционер через инвертор будет потреблять 1 500 ватт/14 вольт = 107 ампер. Ток – сумасшедший, проводка будет с палец толщиной + у многих генераторов даже максимальный предел токоотдачи меньше. Мы уж не говорим о том, что инвертор должен быть рассчитан на долговременную работу с мощностью как минимум пару киловатт – такие инверторы, как правило, относятся к дорогущей и специфической профессиональной технике, встречаются в продаже крайне редко и стоят сумасшедших денег…

Идея, стоящая на третьем месте – использование элементов Пельтье. Полупроводниковая пластина при подаче на неё тока нагревается с одной стороны и охлаждается с другой. Купить элементы несложно, стоят они не так уж дорого. На таких пластинах неплохо работают автомобильные переносные холодильники-ящики, и многим кажется, что по такому же принципу можно создать и кондиционер – недорогой, бесшумный, без компрессора, хладагента, трубок и испарителей.

Увы, ни одной реально работающей конструкции «автокондея» на модулях Пельтье найти вам не удастся, хотя проектов на разных автомобильных блогах и форумах – масса, многие даже с промежуточными отчетами об этапах работы, демонстрирующими изрядные усилия энтузиастов-самодельщиков. Почему? Да потому же, почему не работают и бутылки со льдом… Слишком малая поверхность «холодоотдачи» холодной стороны и трудность организации эффективного отвода тепла от горячей стороны. Чтобы обеспечить худо-бедное охлаждение салона, из модулей Пельтье в легковом автомобиле должна быть крыша…

***

Так что, как ни крути, но альтернативы традиционному автомобильному компрессорному кондиционеру пока нет и в ближайшее время не предвидится. Ведь даже в стоящих на острие прогресса гибридах и электромобилях он имеет классическую конструкцию, не изменившуюся принципиально со времен первых кондиционированных автомобилей – Паккардов и Каддилаков начала 40-х годов ХХ века.

А в вашей машине есть кондиционер?