Элемент пельтье характеристики: Элемент Пельтье TEC1-12706. Параметры, условия эксплуатации

Содержание

Элемент Пельтье TEC1-12715 12В 15А 40 х 40 мм

Электроизоляционные и термостойкие материалы
Теплопроводящие материалы
Элементы пельтье

Каталог

Информация

Доставка по России

Мы доставим ваш заказ курьером по Москве или службой экспресс-доставки по всей России.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. Элементом модуля ТЭМ является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой пластиной из меди.

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. 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. При помощи элементов Пельтье можно и вырабатывать электричество. Если создать на разных сторонах пластины разницу температур внешним воздействием, то элемент начинает вырабатывать электричество. Т.е. работает как электрогенератор.

Характеристики:

размер: 40*40*4,1 мм
номинальное напряжение питания: 12 вольт
максимальное напряжение питания: 15,4 вольт
номинальная сила тока: 15 ампер
потребляемая мощность: 180 ватт при Uпит=12 вольт
холодопроизводительность: ~135 ватт при Uпит=12 вольт
максимальная разность температур: 60°С

Элемент Пельтье – Принцип работы, характеристики.

Как сделать самостоятельно?

Содержание:

Краткая история открытия и обоснование физики работы

В основе работы элемента Пельтье находится физический принцип прохождения тока через две соприкасающиеся пластины, изготовленные из материалов с различными уровнями энергии тока прохождения, или другими словами — полупроводниками отличающихся типов. В месте их соединения будет наблюдаться нагрев при подаче тока в одну сторону, и понижение температуры при движении его в обратную.

Открыт эффект был еще в 18 веке Жан-Шарлем Пельтье, который получил его случайно, соединив контакты из висмута и сурьмы от источника тока. Капля воды, находящаяся в точке соприкосновения, превратилась в лед, что и вызвало интерес исследователя. Практическое применение открытие не получило по причине слабой распространенности электротехники в указанный период времени. Вспомнили о нем уже позднее, в век развития микроэлектроники, компонентам которой нужно было миниатюрное охлаждение, желательно без жидкостей и подвижных частей (насосов, вентиляторов и прочих).

Элемент Пельтье можно создать не только из полупроводников. Но, к сожалению, эффект от использования различных проводящих металлов будет ниже, и практически полностью потеряется за счёт нагревания их в месте соприкосновения и общей теплопроводности материала.

В общем виде конструкция выглядит как набор электродов кубической формы, изготовленных из полупроводников n- и p-типа. Каждый из них соединен с противоположными проводящими контактами, а все указанные пары соединены между собой последовательно. Причем расположение элементов выполняется так, чтобы связующие металлы между сборками полупроводников одного типа, соприкасались с первой стороной устройства в общем, а второго с противоположной. Сами p- и n- кубы зачастую изготавливаются из теллурида висмута и сплава кремния с германием. Соединительные контакты обычно из меди, алюминия или железа. Здесь главное требование — хорошая теплопроводность. Количество же пар в одной конструкции не ограничивается, и чем их больше, тем эффективнее работает элемент Пельтье. При подаче напряжения на сборку одна ее сторона нагревается, вторая охлаждается.

Принципиальная схема соединений в элементе Пельтье:

Годом нахождения обратного эффекта, выражающегося в выработке тока при охлаждении и нагреве соединенных проводников из разных металлов, принято считать 1821. Открытие было сделано Т. И. Зеебеком, который уже на следующий год опубликовал его в статье, предназначенной для Прусской академии наук, с названием «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур».

Хотя согласно его работе, система генерации действует не только при использовании полупроводников, с ними ее КПД намного выше.

Элемент Пельтье, предназначенный целям генерации тока:

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

А – контакты для подключения к источнику питания;
B – горячая поверхность элемента;
С – холодная сторона;
D – медные проводники;
E – полупроводник на основе р-перехода;
F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

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

Зачем нужны и чем отличаются от обычного охлаждения?

К практике предлагаю перейти чуть позже, так как надо вообще вначале определиться, что могут и что не могут элементы пельтье и зачем они нужны.

Допустим есть у вас некоторый процессор, вы в силу желаний улучшения производительности или спортивного интереса начинаете его разгонять и рано или поздно сталкиваетесь с вопросом перегрева процессора. Вы покупаете более производительный кулер, температуры немного снижаются. Вы ставите ещё более производительное охлаждение, температуры ещё чуть-чуть падают. Вы переходите на водяное охлаждение с большим радиатором и температуры падают ещё на пару градусов, потом вы заменяете большой радиатор на 4 радиатора от грузовиков, которые могут рассеять сотню киловатт тепла и получаете ещё выгоду в пол градуса и начинаете подозревать, что вы делаете что-то не так.

Условное изображение графика снижения температур от улучшения охлаждения

Всякие жидкие металлы скальпирования и прочие действия помогут сдвинуть все эти графики вниз на какое-то количество градусов, но суть — не изменится.

Условный график скорректированный для случая минимальных градиентов при передачи тепла от процессора

Проблема тут в том, что мы производим охлаждение относительно температуры воздуха. И не важно обдуваем мы радиатор установленный на процессоре или радиатор к которому подаётся тепло через жидкость. И чтобы мы не обдували воздухом комнатной температуры — рано или поздно мы придём к теоретически наименьшей температуре, которая нас может не устраивать. Конечно другой вопрос, что если процессор выделяет 50 ватт тепла то мы придём к этой температуре на маленьком радиаторе, а если 300 Ватт, то на большом, но суть в том, что предел есть и для процессоров он наступает очень быстро.

Выход из этой ситуации остаётся только один — в качестве среды использовать что-то, что холоднее комнатного воздуха, иначе никак.

И тут есть разные способы. Самый технологически простой — холодная проточная вода.

Есть ещё малозатратные способы — поместить компьютер в холодильник и на обычном кулере вы получите температуры ниже, чем на 4-х радиаторах охлаждения от грузовиков.

Компьютер в холодильнике

Логичным продолжением данной идея стало избавление от холодильника, а использование только самого принципа работы, а именно то, что можно взять некий газ с низкой температурой кипения и заставлять его вскипать там где нам нужно и вскипая он будет забирать тепло.

Проблем в данном решении несколько. Во первых — использование фреона, и опасности связанные с работой с ним, а так же тот факт что одна из частей контура с фреоном находится под высоким давлением. Вторая проблема — шум компрессора, который и обеспечивает нам то самое давление.

Ну и третья — технологически это сложная система состоящая из множества собранных друг с другом элементов. Но зато можно получить целый холодильник который работает не на большую камеру, а на кусок меди который прижат к крышке процессора и этот кусок меди может быть на градусов 60 холоднее окружающего воздуха, что существенно решает вопрос ограничения комнатными температурами, но одновременно с этим создаёт проблемы с конденсатом, так как в жилых помещениях в зависимости от влажности и температуры точка росы составляет от 5 до 20 градусов. Вдобавок данные системы практически неуправляемые, то есть работать в полсилы не могут и мощность отвода тепла закладывается при проектировании самой системы.

Ну и третий глобальный метод отводить тепло относительно более холодной среды — использование модулей Пельтье, о чём далее и будет идти речь.

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

холодопроизводительностью (Qmax), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DTmax), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – Imax;
максимальным напряжением Umax, необходимым для тока Imax, чтобы достигнуть пиковой разницы DTmax;
внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

Обозначение элемента. Две первые литеры всегда неизменны (ТЕ), говорят о том, что это термоэлемент. Следующая указывает размер, могут быть литеры «С» (стандартный) и «S» (малый). Последняя цифра указывает, сколько слоев (каскадов) в элементе.
Количество термопар в модуле, изображенном на фото их 127.
Величина номинального тока в Амперах, у нас – 6 А.

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

мобильных холодильных установок;
небольших генераторов для выработки электричества;
систем охлаждения в персональных компьютерах;
кулеры для охлаждения и нагрева воды;
осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Достоинства элементов Пельтье

Простота конструкции, отсутствие подвижных частей и специальных навыков при построении системы, низкая стоимость в сравнении с фреоном и при этом высокая разница температур сопоставимая с фрионными чиллерами.

Минусы фрионок тут тоже есть — а именно конденсат. Но вопрос с конденсатом частично решается тем, что Модули Пельтье поддаются управлению как по напряжению, так и по току. Но не так просто как хотелось бы. Питание должно быть без пульсаций, так как все переменные составляющие питания дают нагрев, но не дают перенос тепла, то есть и без того низкая эффективность ещё сильнее падает. То есть взять «ардуину», датчик температуры и контроллер каких-нибудь двигателей с ШИМ управлением и всё подключить — не получится. Вернее получится, но работать не будет.

Можно, конечно, питать используя силовые транзисторы в режиме управления, но при управлении всё равно сопротивление транзисторов далеко не бесконечное, так что потери эффективности и необходимость отвода от транзисторов тепла будет. Но в теории управлять этим можно динамически, так чтобы все компоненты были по температуре выше точки росы. Но две проблемы, а именно сложности управления и то, что одного элемента мало — дают и выходы из данной проблемы с управлением.

Во первых есть стандартное решение в вопросе нехватки производительности чего-то одного в «холодильных» или «нагревальных» делах. А решение это — объединение нескольких элементов чего-либо в один контур с общим теплонасителем. Мы не можем поставить модули Пельтье друг на друга, но это не значит, что мы не можем поставить их рядом друг с другом и прогонять через их холодные поверхности жидкость и чтобы они все вместе в сумме эту жидкость охлаждали. Так мы можем решить проблему ограниченности максимального переноса тепла одним элементом. В данном случае тут вопрос только в количестве этих элементов. Если есть желание и возможности можно и 100 элементов объединить в один контур.

И вопрос управления становится проще, так как не надо регулировать питание а можно просто подключать нужное количество элементов. Можно для снижения дискретности ещё поставить один более слабый элемент. Допустим если будет 10 мощных отводящих по 50 Ватт и один слабый на 25, то можно варьировать отбор тепла в пределах от ноля до 525 Ватт с шагом в 25 Ватт. А включать выключать элементы можно разрывая цепи питания, допустим электромеханическими реле, что шумно, либо твердотельными, что дорого для больших токов. Либо использовать транзисторы в ключевом режиме полностью их открывая, и автоматизировав всё это дело, измеряя температуру хладагента, влажность и температуру в помещении (для вычисления температуры точки росы), избавляясь от конденсата и лишней траты энергии в простое системы, то есть частично компенсировать имеющиеся недостатки, при этом в максимальной производительности давая виртуальную более холодную среду, чем окружающий воздух.

Недостатки элементов Пельтье

Во первых элементу Пельтье требуется не бесконечное количество тепла для работы. То есть если подать слишком большой тепловой поток, то элемент Пельтье просто начнёт греться и будет нагреваться до тех пор пока не выйдет из строя.

Вторая проблема — это закон сохранения энергии. И холод, как и тень от света — это не некая отрицательная энергия — а её отсутствие в том или ином месте или меньшее её количество в сравнении с окружающим пространством. То есть тепло процессора и холод элемента пельтье не аннигилируют друг с другом. Та энергия, что нужна была для перевода электронов тоже превращается потом в тепловую и её тоже надо отводить вместе с нагревом от электрического сопротивления.

Вкупе с самим нагревом от сопротивления выходит две вещи. Во первых элементы Петльте надо очень хорошо охлаждать, а иначе они перегреются и выйдут из строя, а во вторых у них крайне низкий КПД. Вернее КПД у них близок к 0. С точки зрения электричества — это нагреватель с интересными особенностями работы, но если считать за работу не сам перенос тепла, а количество переносимого тепла, то некое подобие КПД у этой вещи появляется.

Возвращаясь к элементам Пельте их можно купить и у нас, и вроде как они получше и число полупроводниковых блоков у них на одну и ту же площадь выше, но стоят они чуть ли не в десять раз дороже китайских. Китайские элементы Пельтье называются TEC1, далее указывается число пар полупроводников, для типоразмера 40 на 40 мм это 127 пар и далее указывается ток в Амперах. Чем выше ток — тем больше тепла элемент перетаскивает с одной стороны своего корпуса на другую. Я купил 15 Амперные модули.

Что касается 15 Амперного элемента, то свои 15 Ампер он потребляет на 15 Вольтах и обещается, что выводит он в идеальных условиях при этом около 130 Ватт тепла. В реальных условиях и на 12 Вольтах цифры ожидать стоит порядка 50-60 Ватт.

Как я выше уже писал — при перенасыщении теплом элемент Пельте уходит в разнос. И для мощного процессора одно элемента мало. Именно поэтому большинство экспериментов с элементами Пельтье которые вы можете найти в интернете сводятся к тому, что либо поставив этот элемент на «селрон» он хорошо охлаждается, либо при установки на i7/i9 или 9-тысячный FX всё это дело вообще не работает. Вернее становится всё ещё хуже чем было.

Ставить элементы пельтье «бутербродом» друг на друга когда и так они перегружены тоже не имеет никакого смысла. Если один элемент не может перевести 100 Ватт, то второй ещё сильнее не сможет перевести 250 Ватт уже от первого.

Трёхкаскадный модуль пельтье

Есть двухкаскадные (и даже трёхкаскадные) заводские сборки этих элементов, но они рассчитаны на то, что источник тепла очень слабый и обычно задача просто охладить что-то, допустим датчик какого-то чувствительного прибора.

Практический опыт с элементом Пельтье

Выглядеть он может по-разному, но основной его вид – это прямоугольная или квадратная площадка с двумя выводами. Сразу же отметил сторону “А” и сторону “Б” для дальнейших экспериментов

Почему я пометил стороны?

Вы думаете, если мы просто тупо подадим напряжение на этот элемент, он у нас будет полностью охлаждаться? Не хочу вас разочаровывать, но это не так… Еще раз внимательно читаем определение про элемент Пельтье. Видите там словосочетание “разности температур”? То то и оно. Значит, у нас какая-то сторона будет греться, а какая-то охлаждаться. Нет в нашем мире ничего идеального.

Для того, чтобы определить температуру каждой стороны элемента Пельтье, я буду использовать мультиметр, который шел в комплекте с термопарой

Сейчас он показывает комнатную температуру. Да, у меня тепло ;-).

Для того, чтобы определить, какая сторона элемента Пельтье греется, а какая охлаждается, для этого цепляем красный вывод на плюс, черный – на минус и подаем чуток напряжения, вольта два-три. Я узнал, что у меня сторона “А” охлаждается, а сторона “Б” греется, пощупав их рукой. Если перепутать полярность, ничего страшного не случится. Просто сторона А будет нагреваться, а сторона Б охлаждаться, то есть они поменяются ролями.

Итак, номинальное (нормальное) напряжение для работы элемента Пельтье – это 12 Вольт. Так как я подключил на красный – плюс, а на черный – минус, то у меня сторона Б греется. Давайте замеряем ее температуру. Подаем напряжение 12 Вольт и смотрим на показания мультиметра:

77 градусов по Цельсию – это не шутки. Эта сторона нагрелась так, что когда ее трогаешь, она обжигает пальцы.

[quads id=1]

Поэтому главной фишкой использования элемента Пельтье в своих электронных устройствах является большой радиатор. Желательно, чтобы радиатор обдувался вентилятором. Я пока что взял радиатор от усилителя, который дали в ремонт. Намазал термопасту КПТ-8 и прикрепил элемент Пельтье к радиатору.

Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:

7 градусов по Цельсию). Когда трогаешь, пальцы замерзают.

Но также есть и обратный эффект, при котором можно вырабатывать электроэнергию с помощью элемента Пельтье, если одну сторону охлаждать, а другую нагревать. Очень показательный пример – это фонарик, работающий от тепла руки

Элемент пельтье своими руками

Изготовить устройство в домашних условиях практически невозможно, тем более это не имеет особого смысла, учитывая его невысокую рыночную стоимость.

Но большинство умельцев все же предпочитает мастерить элемент пельтье своими руками, ссылаясь на ряд его достоинств:

Компактность, удобство установки на самодельное электронное плато.
Отсутствие движущихся деталей, что увеличивает сроки его эксплуатации.
Возможность соединения нескольких элементов в каскадной схеме для снижения очень больших температур.

Тем не менее, пельтье своими руками имеет определенные недостатки: низкий коэффициент полезного действия (КПД), необходимость подачи высокого тока для получения заметного перепада температуры, сложность отведения тепловой энергии от охлаждаемой поверхности.

Рассмотрим на примере схем, как сделать пельтье своими руками:

Задействовать его в качестве детали термоэлектрического генератора, согласно рисунку подключения.
Собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920 (рисунок 1).

Рисунок 1. Элемент пельтье своими руками: универсальная схема

Далее стоит следовать простой инструкции, как сделать пельтье своими руками:

Подать на вход получившегося преобразователя напряжение диапазоном 0. 8-5.5В, чтобы иметь на выходе стабильные 5В.
При использовании устройства обычного типа — поставить лимит температуры нагреваемой стороны в 150 градусов.
Для калибровки — в качестве источника тепла использовать емкость с кипящей водой, которая точно не нагреется свыше 100 градусов.

Из диодов и транзисторов

Фактически любой элемент Пельтье представляет собой гирлянду из последовательно соединенных диодов, работающих в режиме пробоя. В сущности, любой электронный компонент, пропускающий ток в одном направлении и препятствующий его прохождению в обратном, построен на принципах соединения полупроводников p-n типа. Что в свою очередь наводит на мысли о схожести системы на искомую конструкцию, аналогичную той, которую имеет модуль Пельтье. Если брать во внимание диоды с пластмассовой оболочкой (включая излучающие свет), мешает доступу к самим контактным пластинам из разных металлов только сам корпус устройства.

Вот они, две пластины полупроводника в прозрачном диоде:

Случай транзисторов аналогичен, конечно учитывая то, что в большинстве из них три контакта, два из полупроводника одного типа и один (меньший) другого. Хотя избавиться от корпуса, если он металлический, проще, что довольно распространено у элементов названого типа — достаточно срезать верхнюю крышку и получить доступ к открытым контактным пластинам.

Металлический транзистор со снятой крышкой:

Саму процедуру избавления от корпуса возложим на читателей, с рекомендацией попробовать нагрев, кислоту или механическое снятие преграды. Что касается соединения контактных площадок, здесь некоторые фанаты, судя по имеющейся информации, использовали меднение их верхушек электрическим методом. Впоследствии к подготовленным участкам осуществлялась пайка проводящих контактов.

После получения требуемых металлов, главное, что нужно помнить при их подключении — направление прохождения тока и последовательное соединение, выглядящее, как p-n-p-n-p-n, учитывая тип полупроводников. Кроме того, чем больше будет использовано элементов в конструкции, вне зависимости от их размера, тем и выше КПД получившегося генератора или устройства создающего тепло вместе с холодом.

Как изготовить генератор на основе элемента Пельтье?

Генераторы на основе элемента Пельтье особенно интересуют людей, которые ввиду достаточно продолжительной отрезанности от цивилизации нуждаются в простом и доступном источнике энергии. Также они широко применяются при критическом перегреве деталей персонального компьютера.

Рис.2: Генератор на основе элемента Пельтье.

Элементы Пельтье имеют достаточно интересный принцип действия, но помимо этого обладают одной любопытной особенностью: если к ним прилагается разность температур, то они продуцируют электричество. Один из вариантов генератора на базе этого устройства предполагает следующую конструкцию:

По двум трубкам (одна для входа, другая для выхода) движется пар, который направляется в полость теплообменника, сконструированный из пластины (материал: алюминий), имеющей толщину 1 см.

К каждому отверстию теплообменника подведено соединение с одним каналом. Габариты теплообменника точно дублируют габариты элементов Пельтье. Два элемента фиксируются на двух сторонах теплообменника с помощью четырёх винтов (по 2 на каждую сторону). В результате, благодаря отверстиям и канальцам теплообменника формируется полноценная система сообщающихся отделов, через которые проходит пар. Двигаясь вперёд, пар входит в камеру по одной трубке и выходит через другую, двигаясь к следующей камере. Транслируемое паром тепло достаётся элементам Пельтье, когда пар непосредственно соприкасается с их поверхностью , а также с материалом теплообменника.

Чтобы вплотную прижать элементы к корпусу теплообменника , а также для организации отвода тепловой энергии на «холодную» сторону применяются пластины из алюминия на 0,5 см в толщину. На последнем этапе вся конструкция герметизируется силиконовыми герметиками.

После этого через трубки пускают пар, а конструкция погружается в холодную воду. Вся система целиком начинает работать. Электрический ток будет образовываться до тех пор, пока разница между температурой «горячей» и «холодной» сторон не сократится до минимума.

Есть и более элементарный метод.

Элемент Пельтье выводами подсоединённый к зарядному телефонному кабелю закрепляется на алюминиевом радиаторе (который будет контактировать с «холодной» стороной) с помощь герметика. Сверху на устройство ставится любой горячий предмет, например, кружка с горячим чаем. Через пару секунд телефон можно ставить на зарядку. Зарядка будет продолжаться, пока чай не остынет.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Холодильник на элементах пельтье своими руками

Чтобы собрать холодильный агрегат вам понадобятся достаточное количество электрических проводников и специальные инструменты (рисунок 3).

Холодильник на пельтье своими руками требует особого подхода к сборке и используемым материалам:

Основой для платы должна служить прочная керамика;
Для максимального температурного перепада надо подготовить не менее 20 связей;
Правильные расчеты — залог увеличения коэффициента полезного действия на 70%;
Наибольшую мощность используемому оборудованию даст фреон;
Самодельный модуль устанавливается возле его испарителя, рядом с мотором;
Монтаж производится стандартным набором инструментом с применением прокладок;
Они необходимы для изолирования рабочей модели от пускового реле;
Изоляция понадобится и для самой проводки, перед ее подключением к компрессору;
Чтобы избежать короткого замыкания, сила предельного напряжения звонится тестером.

Рисунок 3. С помощью элемента пельтье можно легко собрать походный холодильник

Подобную схему можно применить для автомобильного охладителя. Автохолодильник пельтье своими руками собирается на керамической плате толщиной не менее, чем 1 миллиметр. В нем используются медные немодульные связи с пропускной способностью в 4А и применяются проводники с маркировкой «ПР20», подходящие для контактов разного типа. Для соединения устройства с конденсатором используют обычный паяльник.

Кондиционер пельтье своими руками

В данном случае, для изделия могут применяться только проводники типа «ПР12» (рисунок 4).

Кондиционер пельтье своими руками собирается только на них, так как они выдерживают аномальные температуры и выдают напряжение до 23В:

Применяется в основном для охлаждения компьютерных видеокарт.
Его сопротивление колеблется в пределах 3 Ом.
Температурный перепад равен 10 градусам, а КПД — 65%.
Для него требуется 14 медных проводничков.
Для подключения задействуется немодульный переходник.
Устройство монтируется рядом с встроенным кулером на видеокарте.
Конструкция крепится металлическими уголками и обычными гайками.

Рисунок 4. Элемент используется и для создания портативных кондиционеров

Если во время работы кондиционера замечаются сильные посторонние шумы, другие нехарактерные звуки — он проверяется на работоспособность мультиметром.

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.

Как проверить на работоспособность

При покупке и использовании может возникнуть вопрос, как проверить элемент Пельтье на работоспособность. Самый простой способ проверки — подключить термоэлемент к источнику напряжения и проверить обе его стороны рукой. Одна сторона должна быть холодной, а вторая начать нагреваться.

Если нет возможности использовать источник тока, от которого можно было бы осуществить питание элемента, то придется пойти от обратного. Для этого нужно иметь под рукой мультиметр и источник огня (лучше всего зажигалку). Выводы мультиметра необходимо подключить к проводам от элемента. После этого по одной из сторон нужно провести зажигалкой.

Обратите внимание! Если пластина рабочая, то под действием огня она начнет вырабатывать некоторое количество электричества. Это можно будет увидеть по показаниям электроизмерительного прибора.

Элемент Пельтье может использоваться во многих сферах деятельности обычного человека. Сделать качественный и эффективный элемент самостоятельно в домашних условиях достаточно сложно. Проще купить готовый в магазине и уже из него сооружать множество полезных конструкций дома.

Источники

https://ProFazu.ru/elektrooborudovanie/samodelki-oborud/element-pelte-printsip-raboty.html
https://www.asutpp.ru/chto-takoe-element-pelte-i-ego-primenenie.html
https://pc-01.tech/peltie/
https://www.RusElectronic.com/element-peltje/
https://nowifi.ru/vyzhivanie-v-dikoy-prirode/105-element-pelte-svoimi-rukami.html
https://elektronchic.ru/avtomatika/element-pelte.html
https://FB.ru/article/192230/pelte-element-svoimi-rukami-kak-sdelat
https://rusenergetics.ru/oborudovanie/element-pelte

ТеорияПостоянный ток – определение и параметры

ТеорияЧто такое абсолютная диэлектрическая проницаемость?

Элементы Пельтье

Элементы Пельтье / термоэлектрические охладители (ТЭО) представляют собой тепловые насосы, передающие тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока.

Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В этой статье объясняется, как работают элементы Пельтье / термоэлектрические охладители, описываются особенности и упоминаются производители элементов Пельтье.

–> Купить контроллер TEC здесь

Содержание

Основы элемента Пельтье
- Модель элемента Пельтье
- Параметры элемента Пельтье
Свойства и поведение элементов Пельтье
- Сравнение теплового насоса с текущим
- Коэффициент полезного действия (COP) (КПД)
- Отвод тепла от элемента Пельтье
- Зависимость отведенного тепла от dT
- Напряжение в зависимости от тока
Многоступенчатые элементы Пельтье
Производители

Основы элемента Пельтье

Элемент Пельтье способен передавать тепло с помощью эффекта Пельтье. Внутри элемента Пельтье эффект Пельтье создает разницу температур между двумя сторонами, когда течет ток.

В зависимости от направления протекания постоянного тока можно охлаждать и нагревать с помощью элементов Пельтье без замены разъемов или механической настройки. Дополнительные преимущества заключаются в возможности реализации небольших конструкций и отсутствии движущихся частей. Ток, подаваемый на элемент Пельтье, регулируется контроллером ТЭО.

Левая сторона: Стандартный элемент Пельтье Правая сторона: Специальные типы элементов Пельтье

Обычно идентификация производителя напечатана на холодной стороне элемента Пельтье. Это холодная сторона, если положительное напряжение питания подключено к красному кабелю элемента Пельтье

Поскольку кабели обладают теплоемкостью, они подключаются к горячей стороне элемента Пельтье, чтобы не снижать охлаждающую способность элемента.

Как вы можете видеть на правом рисунке, существуют различные типы элементов Пельтье. Они различаются по размеру и форме, мощности и температурному диапазону.

Диапазон размеров: от 1 мм x 1 мм до 60 мм x 60 мм
Формы: квадратные, кольцевые, многоступенчатые, одноступенчатые, герметичные или негерметичные, нестандартные формы
Диапазон температур: перепад температур dT _макс. до 130 °C (многоступенчатый), макс. температура до 200 °C
Максимальная мощность охлаждения: до 290 Вт

Элемент Пельтье Модель

Элементы Пельтье можно охарактеризовать с помощью модели. В этой модели учитываются следующие три эффекта

Эффект Пельтье Q _p : Перенос тепла с одной стороны на другую. Описано в этом уравнении Q _p = I * α * T
Обратный поток тепла Q _Rth : Поток тепла с горячей стороны на холодную. Описано в этом уравнении Q _Rth = dT / Rth
Джоулевы нагрев/потери Q _Rv представляют собой сопротивления R _v : Описанные в этом уравнении Q _Rv = I ² * R _v / 2.
холодная сторона. Тепло, выделяемое на горячей стороне, непосредственно рассеивается радиатором и поэтому не включается в это уравнение.

Результирующая перекачиваемая тепловая нагрузка Q _c зависит от трех эффектов Q

p , Q _Rth и Q _Rv.

В случае охлаждения уравнение для Q _c . выглядит следующим образом: Q _c = Q _p – Q _Rth – Q _Rv .

Параметры элемента Пельтье

Помимо механических свойств элементы Пельтье характеризуются четырьмя важными параметрами. Которые предоставляются производителем: Q _max , dT _max , U _max , I _max

Q _max : Максимальная производительность теплового насоса при разнице температур между горячей и холодной сторонами 0 °K
dT _max : Максимальная разность температур на элементе Пельтье, когда тепло не перекачивается
I _макс. : Ток через элемент Пельтье при Q _макс.
U _макс. : Напряжение через элемент Пельтье при Q _макс.

Параметры Q _max и dT _max являются теоретическими цифрами и используются для описания поведения элементов Пельтье. Однако эти максимальные значения никогда не достигаются в термоэлектрическом приложении. Они предоставляются производителем для характеристики производительности модуля Пельтье.

В термоэлектрическом применении всегда существует компромисс между производительностью теплового насоса Q _c и разностью температур dT.

Свойства и поведение элементов Пельтье

Следующие четыре диаграммы характеризуют товар с элементами Пельтье. Они полезны для понимания свойств и поведения элементов Пельтье. Подобные схемы иногда используют и производители, например Ferrotec. Все значения на графиках относительные.

Зависимость теплового насоса от тока

На этой нормализованной диаграмме показано соотношение между выходной мощностью теплового насоса по оси y и током по оси x для различных значений разности температур между горячей и холодной сторонами (dT = T _{горячий} – T _{холодный} ) в случае охлаждения.

Динамика системы. Нормированная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока

Только при относительно небольшой разнице температур dT может передаваться значительное количество тепла. Многоступенчатые элементы Пельтье используются, когда необходимы более высокие перепады температур.

Перекачиваемое тепло Q _C и разность температур dT обратно пропорциональны друг другу, так как тепло подается на холодную сторону, разница температур подавляется.

Обычно ток через элемент Пельтье должен составлять от 0 до 0,7 умноженного на I _max .

Динамика системы

Динамика системы. Нормализованная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока

Чтобы понять динамику системы, мы можем наблюдать, что происходит при изменении температуры (и, следовательно, dT) или при увеличении тепловой нагрузки.

Если мы используем элемент Пельтье с током около 25 % от I _макс. можно компенсировать повышение dT на 10 градусов по Кельвину — точка от A до B — Чтобы обеспечить постоянную производительность теплового насоса, ток должно быть увеличено. Производительность теплового насоса также может быть увеличена без изменения dT, если мы перейдем от A к C.

Если рабочая точка составляет около 60% от I _max, нам потребуется больший ток, чем в предыдущем примере, чтобы компенсировать 10- Повышение dT по шкале Кельвина — точки от D до E — когда производительность теплового насоса не должна изменяться. Производительность теплового насоса можно увеличить без потери разницы температур, если перейти от D к F.

Однако, если элемент Пельтье работает при максимальном токе, изменение температуры не может быть компенсировано увеличением тока. Переход от более низкой к более высокой разности температур приведет к снижению производительности теплового насоса.

Коэффициент полезного действия (COP) (КПД)

Определение COP – это теплота, поглощаемая на холодной стороне Q _C, деленная на входную мощность P _el элемента Пельтье: COP = Q _C/P _эль. COP в принципе представляет собой эффективность элемента Пельтье при охлаждении.

На следующей диаграмме показана производительность (COP) в зависимости от отношения тока I / I _max , значения на этой диаграмме являются относительными и нормализованными.

На этой диаграмме показана зависимость производительности (COP) от текущего соотношения. Используйте его, чтобы найти рабочий ток, обеспечивающий наибольшую производительность для соответствующей разницы температур dT.

С левой стороны мы видим, что КПД максимален при наименьшем перепаде температур. Следовательно, мы получаем большое количество тепла, перекачиваемого на единицу электрической мощности. Как видим, в зависимости от dT соответствующий максимум КПД находится на разных уровнях тока — при большем dT он смещается вправо. Если мы проследим за кривой вправо, мы обнаружим, что мы должны вложить в систему много электроэнергии, чтобы получить только небольшое количество тепла, что соответствует низкому значению COP. Мы также можем заметить, что более высокие токи необходимы для создания более высоких перепадов температур.

Причина, по которой COP не начинается с нуля при dT > 0 K, заключается в том, что сначала обратный поток тепла Q _Rth должен быть компенсирован эффектом Пельтье Q _p, прежде чем элемент Пельтье остынет.

Тепло, отводимое элементом Пельтье

На следующей диаграмме показана теплота Q _h, рассеиваемая на теплой стороне элемента Пельтье, в зависимости от тока при охлаждении.

Нормализованная диаграмма, показывающая тепло, отводимое радиатором, в зависимости от тока при различных перепадах температур dT.

Значения нормализованные и относительные. Как видите, Q _h, отклоненное элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q _max. Количество тепла на горячей стороне Q _h может быть таким большим, потому что тепло от эффекта Пельтье Q _p и тепло сопротивления потерь Q _Rv должны рассеиваться. Q _h = Q _p + Q _{Применяется Rv}.

Зависимость отведенного тепла от dT

На следующей диаграмме показано соотношение между Q _h и Q _C для разных dT в случае охлаждения. Отношение Q _h / Q _c показывает, насколько больше тепла должно рассеиваться на горячей стороне, чем на холодной.

Нормализованная диаграмма, показывающая количество тепла, отводимого радиатором, в зависимости от количества перекачиваемого тепла в зависимости от тока для различных значений dT.

Это означает, что при большом dT теплоотвод рассеивает большое количество тепла при сравнительно малом количестве тепла, поглощаемом на холодной стороне элемента Пельтье.
Например, если вы хотите охладить один ватт на холодной стороне Q _C = 1 Вт. Это приводит к теплу 1,75 Вт на горячей стороне Q _h = 1,75 Вт, если dt = 20 K. При dT = 40 K это около 3,5 Вт на горячей стороне Q _ч = 3,5 Вт. при разных значениях температурных перепадов между горячей и холодной стороной (dT = T _{горячий} – T _{холодный} ) в случае охлаждения.

Нормализованная диаграмма, показывающая зависимость напряжения от тока для различных значений dT.

Как видите, кривая линейна. Поведение элемента Пельтье такое же, как у резистора с источником напряжения. Наклон кривой уменьшается с увеличением dT. Смещение по оси Y связано с эффектом Зеебека.

Многоступенчатый элемент Пельтье

Многоступенчатый элемент Пельтье

Все приведенные выше схемы относятся к стандартным элементам Пельтье, но поведение многоступенчатых элементов Пельтье аналогично. Многокаскадные элементы Пельтье используются, когда требуются более высокие значения dT (до 125 К). Но Q _max ниже, т.е. может рассеивать меньше тепла. Это недостаток многокаскадных элементов Пельтье.

Изготовители

Изготовители	Описание	Страна
Ferrotec Thermal. ferrotec.com	Термоэлектрические модули	США, Азия, Европа
Deltron AG www.deltron.ch	Термоэлектрические модули	Швейцария
Laird www.lairdthermal.com	Термоэлектрические модули	Соединенное Королевство
II-VI www.ii-vi.com	Термоэлектрические модули	США, Азия, Европа
Устройства CUI www.cuidevices.com	Термоэлектрические модули	США
Peltron GmbH www.peltier.de	Термоэлектрические модули, элементы для термоциклирования	Германия
Европейская термодинамика, ООО www.europeanthermodynamics.com	Термоэлектрические модули, элементы для термоциклирования	Германия

–> Купить контроллер TEC здесь

Элементы Пельтье

Элементы Пельтье / термоэлектрические охладители (ТЭО) представляют собой тепловые насосы, которые переносят тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В этой статье объясняется, как работают элементы Пельтье / термоэлектрические охладители, описываются особенности и упоминаются производители элементов Пельтье.

–> Купить контроллер TEC здесь

Содержание

Основы элемента Пельтье
- Модель элемента Пельтье
- Параметры элемента Пельтье
Свойства и поведение элементов Пельтье
- Сравнение теплового насоса с текущим
- Коэффициент полезного действия (COP) (КПД)
- Отвод тепла от элемента Пельтье
- Зависимость отведенного тепла от dT
- Напряжение в зависимости от тока
Многоступенчатые элементы Пельтье
Производители