Элемент пельтье мощность охлаждения

Элемент пельтье мощность охлаждения

Замутить холодильник на элементах пельтье очень просто, но эффективность такого холодильника будет очень низка. Здесь я приведу пример примерных расчетов.

И так первое, это расчет тепловых потерь через теплоизолятор.
Я использовал пенополистирол, он прочный, дешевый и его теплопроводность 0,03(чем меньше это число тем лучше). Например в бауцентре на их сайте указаны характеристики теплоизоляторов. Далее, допустим я захотел сделать что то типа куба, объем примерно 25 литров, площадь поверхности у меня получилась 0.5 квадратного метра. Допустим температура внутри моего контейнера будет на 20 градусов меньше наружной. Тогда теплопотери считаются так: Q=X*S*dT/h Q= 0.03*0.5*20/0.05=6ват
X — теплопроводность 0.03
S — площадь поверхности 0.5 (я брал среднюю между внутренней и внешней)
dT — разница температур между то что внутри и снаружи 20.
h — толщина изолятора, (пусть будет 5см или 0.05м)
Q — энергия теплопотерь
Получилось 6 ват, если изолятор был бы 1см, а не 5, то потери стали бы 30 ватт.
Что касается разницы температур, то 20 градусов это минимум, например если снаружи +30 градусов, то внутри будет +10, а если снаружи +40 то внутри уже +20.

Проверить реальные потери термоконтейнера можно с помощью льда. Например килограмм льда дает 350 кдж холода, при потерях 6 ват это 350 000/6 = 58333 секунд или чуть больше 16 часов, если лед не растаял раньше значит все правильно. Единственно это то что температура в контейнере со льдом должна быть на 20 градусов меньше окружающей. В противном случае нужно сделать перерасчет теплопотерь под ту температуру что получилась со льдом.

Измерения производительности пельтье.
В своих опытах я использовал элементы TEC1 12706 — 6 ампер и TEC1 12704 — 4 ампера, и мультиметр с термопарой.

Тест производительности радиаторов.

Я измерял температуру между поверхность элемента TEC1 12706 (сверху его нагревал TEC1 12704 мощность 18 ват) и окружающим воздухом. Использовал радиатор от видеокарты процессора и от водянки.
Результаты следующие. У водяники разница температур между водой и поверхностью элемента 6 градусов. Водяной насос качал воду быстро, в радиаторе она нагреваться не успевала, то есть до и после температура воды была примерно одинакова, я использовал тазик для охлаждения воды, в реальных условиях будет что то более компактное и тогда надо будет еще учитывать разницу температур между воздухом и водой. Далее радиатор видеокарты. Разница между поверхностью пельтье и воздухом 13 — 14 градусов. Радиатор от процессора — 18 градусов. В итоге получается что элемент пельтье дает разницу температур в 20 между своими поверхностями и от этих 20 градусов еще нужно отнять потери на радиаторе. Например в помещении +30, температура поверхности элемента охлаждаемого радиатором карты будет 30 + 13 = 43 градуса, температура холодной стороны элемента будет 43-20=23 градуса. это при мощности холода 18 ват, меньше холода больше разница температур, однако из предыдущих опытов видно что при разности в 40 градусов производительность по холоду меньше 1 вата.
Теперь производительность радиатора который будет морозить. Радиатор с теплотрубками не подходит, как показала практика при температуре меньше +30 их производительность резко падает. Я использовал радиатор от старого процессора без теплотруб, пришлось извратиться закрепить термопару к холодной поверхности затем закрыть свой контейнер, и подождать пока охладиться, затем измерил так же температуру воздуха внутри, получилась разница 2 — 3 градуса.

Читайте также:  Можно ли на dvd диск записать музыку

Последовательное соединение элементов.
Если взять 2 элемента и соединить последовательно то разность температур которую они создают сложиться. Наибольшая эффективность у этих элементов получилась при разности 20 градусов, складываем 2 и получаем разность 40 градусов, вот только условие таково что разность мощности элементов должна быть 1 к 3, то есть если TEC1 12706 дает только 18 ватт холода, то элемент на нем должен иметь мощность не больше 18 ват при 13.5 вольта, это где то 2 ампера, попытка ограничить ток TEC1 12704 до 2 ампер немного снижает его эффективность, то есть при 2 амперах он не даст разницы температур 20 и 6 ват холода. Элементы на 2 ампера имеют меньшую площадь, в результате возникает проблема как тепло от маленького элемента равномерно распределить по площади большого. Дополнительная пластина создаст дополнительные теплопотери внутри себя и на термопасте. Решил оставить TEC1 12704 и ограничить его ток резистором, на мой взгляд снижение эффективность от снижения тока меньше чем дополнительные потери на пластине между элементами.

Производительность сборки элементов.
И так, реальная производительность холода моей сборки.
напряжение у меня 13.5 вольт при этом TEC1 12706 потреблял 4А, мощность 54 вата, мощность холода 54/3=18 ват — примерно. Мощность TEC1 12704 учитывая ограничивающий резистор 2А*9V = 18 ват
Эксперименты это подтвердили, максимальная эффективность была именно на 2 А.
Производительность холода элемента TEC1 12704 18/3= 6 ват.

Из расчета теплоизолятора контейнера видно что 6 ват это теплопотери при разницы температур 20 градусов и 5 см стенок из пенополистирола.
Сам контейнер выглядит так.

Реальные тесты готового холодильника.
Напряжение 13.5 вольта, потребление 7.2А из этого 1А потребляют вентиляторы.
По расчетам разность температур должна быть 40 градусов, отнимает потери 14 градусов горячего радиатора и 3 градуса холодного, получаем 23, это уже разность температур между воздухом внутри и снаружи. Тут нужно учесть что элемент TEC1 12704 недонагружен, эффективность снижена.
По факту разность получилась 20 градусов.

Если вентилятор холодно радиатора выключить то радиатор замерзает до -20. Пассивное охлаждение в моей конструкции не предусмотрено, холодный радиатор без принудительного обдува не получает тепла поэтому так замерзает. Чем быстрее вращается вентилятор холодного радиатора тем меньше разность температур между поверхностью элемента и воздуха внутри, однако на больших оборотах вентилятор выделяет много тепла. В моем случае оптимально получилось если обороты вентилятора немного снизить. На полных оборотах разница температур была 19 градусов. Поднять разницу выше 20 градусов не удалось.

Читайте также:  Посудомоечная машина bosch sks 60e18

Редакция сайта iXBT.com обращается к вам с просьбой отключить блокировку рекламы на нашем сайте.

Дело в том, что деньги, которые мы получаем от показа рекламных баннеров, позволяют нам писать статьи и новости, проводить тестирования, разрабатывать методики, закупать специализированное оборудование и поддерживать в рабочем состоянии серверы, чтобы форум и другие проекты работали быстро и без сбоев.

Мы никогда не размещали навязчивую рекламу и не просили вас кликать по баннерам. Вашей посильной помощью сайту может быть отсутствие блокировки рекламы.

Спасибо вам за поддержку!

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

В основе работы элемента Пельтье лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье. В 1834 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 (Qc), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Qh). В результате, происходит нагрев (Тh) или охлаждение (Тс) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к р-п-переходу (рис.3), и возникает разность температур (AT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина охлаждается, а другая нагревается. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая, и она изображается снизу.

Читайте также:  Генератор случайных чисел для лотереи как работает

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).

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% Umax. 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

Ссылка на основную публикацию
Электронная почта администрации президента рф
Нередко жизненные обстоятельства так закручивают людей, что за помощью и защитой приходится обращаться к самому президенту России. В этом материале...
Что такое адрес сервера на телефоне
Блог о модемах, роутерах и gpon ont терминалах. Частенько пользователи планшетов и смартфонов на Андроид сталкиваются с тем, что подключившись...
Что такое аккумулятор слайдер
Кроме достоинств, у литий-ионных аккумуляторов имеется немало минусов: Не выносят перезаряда. Подача тока на элемент питания должна быть прекращена, когда...
Электронная почта для рассылки писем
Если вы предоставляете свои услуги или продаете товары в интернете, то с вероятностью 100% вы контактируете со своими клиентами либо...
Adblock detector