Холодильник на елемент пельтьє. Автомобільний холодильник своїми руками на елементах пельтьє Схема автохолодильника на елементах пельтьє

Напівпровідникові холодильники Пельтьє

Робота сучасних високопродуктивних електронних компонентів, що становлять основу комп'ютерів, супроводжується значним тепловиділенням, особливо при експлуатації в форсованих режимах розгону (overclocking). Ефективна робота таких компонентів потребує адекватних засобів охолодження, що забезпечують необхідні температурні режими їхньої роботи. Як правило, такими засобами підтримки оптимальних температурних режимів є кулери, основою яких є традиційні радіатори та вентилятори.

Надійність та продуктивність таких засобів безперервно підвищуються за рахунок удосконалення їх конструкції, використання новітніх технологій та застосування у їх складі різноманітних датчиків та засобів контролю. Це дозволяє інтегрувати подібні засоби до складу комп'ютерних систем, забезпечуючи діагностику та керування їх роботою з метою досягнення найбільшої ефективності при забезпеченні оптимальних температурних режимів експлуатації комп'ютерних елементів, що підвищує надійність та подовжує їх безаварійну роботу.

Параметри традиційних кулерів безперервно покращуються, проте останнім часом на комп'ютерному ринку з'явилися і незабаром стали популярними такі специфічні засоби охолодження електронних елементів як напівпровідникові холодильники Пельтьє (хоча часто застосовується слово кулер, але правильним терміном у випадку елементів Пельтьє є саме холодильник).

Холодильники Пельтьє, що містять спеціальні напівпровідникові термоелектричні модулі, робота яких заснована на ефект Пельтьє, відкритому ще в 1834 р., є надзвичайно перспективними пристроями охолодження. Подібні кошти вже багато років успішно застосовують у різних галузях науки і техніки.

У шістдесятих та сімдесятих роках вітчизняною промисловістю робилися неодноразові спроби випуску побутових малогабаритних холодильників, робота яких була заснована на ефекті Пельтьє. Проте недосконалість існуючих технологій, низькі значення коефіцієнта корисної дії та високі ціни не дозволили на той час подібним пристроям залишити науково-дослідні лабораторії та випробувальні стенди.

Але ефект Пельтьє та термоелектричні модулі не залишилися долею лише вчених. У процесі вдосконалення технологій багато негативних явищ вдалося істотно послабити. В результаті цих зусиль було створено високоефективні та надійні напівпровідникові модулі.

В останні роки ці модулі, робота яких заснована на ефекті Пельтьє, стали активно використовувати для охолодження різноманітних електронних компонентів комп'ютерів. Їх, зокрема, почали застосовувати для охолодження сучасних потужних процесорів, робота яких супроводжується високим рівнем тепловиділення.

Завдяки своїм унікальним тепловим та експлуатаційним властивостям пристрої, створені на основі термоелектричних модулів – модулів Пельтьє, дозволяють досягти необхідного рівня охолодження комп'ютерних елементів без особливих технічних труднощів та фінансових витрат. Як кулери електронних компонентів, ці засоби підтримки необхідних температурних режимів їх експлуатації є надзвичайно перспективними. Вони компактні, зручні, надійні і мають дуже високу ефективність роботи.

Особливо великий інтерес напівпровідникові холодильники представляють як засоби, що забезпечують інтенсивне охолодження в комп'ютерних системах, елементи яких встановлено і експлуатуються в жорстких форсованих режимах. Використання таких режимів - розгону (overclocking) часто забезпечує значний приріст продуктивності електронних компонентів, що застосовуються, а, отже, як правило, і всієї системи комп'ютера. Однак робота комп'ютерних компонентів у подібних режимах відрізняється значним тепловиділенням і нерідко перебуває на межі можливостей комп'ютерних архітектур, а також існуючих мікроелектронних технологій. Такими комп'ютерними компонентами, робота яких супроводжується високим тепловиділенням, є не тільки високопродуктивні процесори, а й елементи сучасних високопродуктивних відеоадаптерів, а в деяких випадках мікросхеми модулів пам'яті. Подібні потужні елементи вимагають своєї коректної роботи інтенсивного охолодження навіть у штатних режимах і більше режимах розгону.

Модулі Пельтьє

У холодильниках Пельтьє використовується звичайний, так званий термоелектричний холодильник, дія якого ґрунтується на ефекті Пельтьє. Цей ефект названий на честь французького годинникара Пельтьє (1785-1845 р.), який зробив своє відкриття понад півтора століття тому - в 1834 р.

Сам Пельтьє не зовсім розумів сутність відкритого їм явища. Справжній сенс явища було встановлено кількома роками пізніше 1838 року Ленцем (1804-1865 р.).

У поглиблення на стику двох стрижнів з вісмуту та сурми Ленц помістив краплю води. При пропущенні електричного струму в одному напрямку крапля води замерзала. При пропусканні струму в протилежному напрямку лід, що утворився, танув. Тим самим було встановлено, що при проходженні через контакт двох провідників електричного струму, залежно від напрямку останнього, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Це явище отримало назву явища Пельтьє (ефекту Пельтьє). Таким чином, воно є зворотним по відношенню до явища Зеєбека.

Якщо в замкнутому ланцюзі, що складається з кількох металів або напівпровідників, температури в місцях контактів металів або напівпровідників різні, то в ланцюзі з'являється електричний струм. Це явище термоелектричного струму було відкрито 1821 року німецьким фізиком Зеебеком (1770-1831 р.).

На відміну від тепла Джоуля-Ленца, яке пропорційно квадрату сили струму (Q=R·I·I·t), тепло Пельтьє пропорційне першому ступені сили струму і змінює знак при зміні напрямку останнього. Тепло Пельтьє, як показали експериментальні дослідження, можна висловити формулою:

Qп = П ·q

де q - кількість минулої електрики (q = I · t), П - так званий коефіцієнт Пельтьє, величина якого залежить від природи контактуючих матеріалів та від їх температури.

Тепло Пельтьє Qп вважається позитивним, якщо воно виділяється, і негативним, якщо воно поглинається.

Мал. 1. Схема досвіду для вимірювання тепла Пельтьє, Cu – мідь, Bi – вісмут.

У представленій схемі досвіду вимірювання тепла Пельтьє при однаковому опорі проводів R (Cu+Bi), опущених в калориметри, виділиться те саме джоулеве тепло в кожному калориметрі, а саме по Q=R·I·I·t. Тепло Пельтьє, навпаки, у одному калориметрі буде позитивно, а іншому негативно. Відповідно до даної схеми можна виміряти тепло Пельтьє та обчислити значення коефіцієнтів Пельтьє для різних пар провідників.

Слід зазначити, що коефіцієнт Пельтьє залежить від температури. Деякі значення коефіцієнта Пельтьє щодо різних пар металів представлені у таблиці.

Значення коефіцієнта Пельтьє для різних пар металів
Залізо-константан		Мідь-нікель		Свинець-константан
T, К	П, мВ	T, К	П, мВ	T, К	П, мВ
273	13,0	292	8,0	293	8,7
299	15,0	328	9,0	383	11,8
403	19,0	478	10,3	508	16,0
513	26,0	563	8,6	578	18,7
593	34,0	613	8,0	633	20,6
833	52,0	718	10,0	713	23,4

Коефіцієнт Пельтьє, що є важливою технічною характеристикою матеріалів, зазвичай не вимірюється, а обчислюється через коефіцієнт Томсона:

П = a · T

де П – коефіцієнт Пельтьє, a – коефіцієнт Томсона, T – абсолютна температура.

Відкриття ефекту Пельтьє зробило великий вплив на подальший розвиток фізики, а надалі і різних галузей техніки.

Отже, суть відкритого ефекту полягає в наступному: при проходженні електричного струму через контакт двох провідників, зроблених з різних матеріалів, залежно від його напрямку, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Ступінь прояву даного ефекту значною мірою залежить від матеріалів вибраних провідників та електричних режимів.

Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, що електрони, що переносяться струмом з одного металу в інший, прискорюються або уповільнюються під дією внутрішньої різниці контактної потенціалів між металами. У першому випадку кінетична енергія електронів збільшується, а потім виділяється як тепла. У другому випадку кінетична енергія електронів зменшується, і цей спад енергії поповнюється за рахунок теплових коливань атомів другого провідника. В результаті відбувається охолодження. Більш повна теорія враховує зміну не потенційної енергії при перенесенні електрона з одного металу до іншого, а зміна повної енергії.

Найбільш сильно ефект Пельтьє спостерігається у разі використання напівпровідників p- та n-типу провідності. Залежно від напрямку електричного струму через контакт напівпровідників різного типу — p-n- та n-p-переходів внаслідок взаємодії зарядів, представлених електронами (n) та дірками (p), та їх рекомбінації енергія або поглинається, або виділяється. В результаті даних взаємодій та породжених енергетичних процесів тепло або поглинається, або виділяється. Використання напівпровідників p- та n-типу провідності в термоелектричних холодильниках ілюструє рис. 2.

Мал. 2. Використання напівпровідників p- та n-типу в термоелектричних холодильниках.

Поєднання великої кількості пар напівпровідників p- і n-типу дозволяє створювати охолоджуючі елементи - модулі Пельтьє порівняно великої потужності. Структура напівпровідникового термоелектричного модуля Пельтьє представлена ​​на рис. 3.

Мал. 3. Структура модуля Пельтьє

Модуль Пельтьє являє собою термоелектричний холодильник, що складається з послідовно з'єднаних напівпровідників p-і n-типу, що утворюють p-n-і n-p-переходи. Кожен із таких переходів має тепловий контакт із одним із двох радіаторів. В результаті проходження електричного струму певної полярності утворюється перепад температур між радіаторами модуля Пельтьє: один радіатор працює як холодильник, інший нагрівається радіатор і служить для відведення тепла. На рис. 4 представлений зовнішній вигляд типового модуля Пельтьє.

Мал. 4. Зовнішній вигляд модуля Пельтьє

Типовий модуль забезпечує значний температурний перепад, що становить кілька десятків градусів. При відповідному примусовому охолодженні радіатора, що нагрівається другий радіатор - холодильник, дозволяє досягти негативних значень температур. Для збільшення різниці температур можливе каскадне включення термоелектричних модулів Пельтьє за умови забезпечення адекватного їх охолодження. Це дозволяє порівняно простими засобами отримати значний перепад температур і забезпечити ефективне охолодження елементів, що захищаються. На рис. 5 наведено приклад каскадного включення типових модулів Пельтьє.

Мал. 5. Приклад каскадного включення модулів Пельтьє

Пристрої охолодження на основі модулів Пельтьє часто називають активними холодильниками Пельтьє або кулерами Пельтьє.

Використання модулів Пельтьє в активних кулерах робить їх значно ефективнішими порівняно зі стандартними типами кулерів на основі традиційних радіаторів і вентиляторів. Однак у процесі конструювання та використання кулерів з модулями Пельтьє необхідно враховувати низку специфічних особливостей, що випливають із конструкції модулів, їх принципу роботи, архітектури сучасних апаратних засобів комп'ютерів та функціональних можливостей системного та прикладного програмного забезпечення.

Велике значення має потужність модуля Пельтьє, яка, як правило, залежить від його розміру. Модуль малої потужності не забезпечує необхідний рівень охолодження, що може призвести до порушення працездатності електронного елемента, що захищається, наприклад, процесора внаслідок його перегріву. Однак застосування модулів занадто великої потужності може викликати зниження температури радіатора охолоджуючого до рівня конденсації вологи з повітря, що небезпечно для електронних ланцюгів. Це пов'язано з тим, що вода, яка безперервно одержується в результаті конденсації, може призвести до коротких замикань в електронних ланцюгах комп'ютера. Тут доречно нагадати, що відстань між струмопровідними провідниками на сучасних друкованих платах нерідко становить частки міліметрів. Тим не менш, незважаючи ні на що, саме потужні модулі Пельтьє у складі високопродуктивних кулерів та відповідні системи додаткового охолодження та вентиляції дозволили свого часу фірмам KryoTech та AMD у спільних дослідженнях розігнати процесори AMD, створені за традиційною технологією, до частоти, що перевищує 1 ГГц. тобто збільшити їх частоту роботи майже в 2 рази в порівнянні зі штатним режимом їх функціонування. І необхідно наголосити, що даний рівень продуктивності досягнуто в умовах забезпечення необхідної стабільності та надійності роботи процесорів у форсованих режимах. Ну, а наслідком такого екстремального розгону став рекорд продуктивності серед процесорів архітектури та системи команд 80х86. А фірма KryoTech непогано заробила, пропонуючи на ринку свої установки охолодження. Забезпечені відповідною електронною начинкою, вони виявилися затребуваними як платформи високопродуктивних серверів і робочих станцій. А фірма AMD отримала підтвердження високого рівня своїх виробів та багатий експериментальний матеріал для подальшого вдосконалення архітектури своїх процесорів. До речі, аналогічні дослідження були проведені і з процесорами Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, в результаті яких був отриманий також значний приріст продуктивності.

Необхідно відзначити, що модулі Пельтьє у процесі своєї роботи виділяють порівняно велику кількість тепла. Тому слід застосовувати не тільки потужний вентилятор у складі кулера, але й заходи для зниження температури всередині корпусу комп'ютера для попередження перегріву інших компонентів комп'ютера. Для цього доцільно використовувати додаткові вентилятори у конструктиві корпусу комп'ютера для забезпечення кращого теплообміну з навколишнім середовищем поза корпусом.

На рис. 6 представлений зовнішній вигляд активного кулера, у складі якого використаний напівпровідниковий модуль Пельтьє.

Мал. 6. Зовнішній вигляд кулера з модулем Пельтьє

Слід зазначити, що системи охолодження на основі Пельтьє модулів використовуються не тільки в електронних системах, таких як комп'ютери. Подібні модулі використовуються для охолодження різних високоточних пристроїв. Велике значення модулі Пельтьє мають для науки. Насамперед це стосується експериментальних досліджень, які виконуються у фізиці, хімії, біології.

Інформацію про модулі та холодильники Пельтьє, а також особливості та результати їх застосування можна знайти на сайтах в Internet, наприклад, за такими адресами:

Особливості експлуатації

Модулі Пельтьє, що застосовуються у складі засобів охолодження електронних елементів, відрізняються порівняно високою надійністю, і на відміну від холодильників, створених за традиційною технологією, не мають частин, що рухаються. І, як це зазначалося вище, для збільшення ефективності своєї роботи вони допускають каскадне використання, що дозволяють довести температуру корпусів електронних елементів, що захищаються, до негативних значень навіть при їх значній потужності розсіювання.

Однак крім очевидних переваг, модулі Пельтьє має і низку специфічних властивостей та характеристик, які необхідно враховувати при їх використанні у складі охолоджувальних засобів. Деякі з них вже були відзначені, але для коректного застосування модулів Пельтьє вимагають більш детального розгляду. До найважливіших характеристик належать такі особливості експлуатації:

• Модулі Пельтьє, що виділяють у процесі своєї роботи велику кількість тепла, вимагають наявності у складі кулера відповідних радіаторів та вентиляторів, здатних ефективно відводити надлишкове тепло від модулів, що охолоджують. Слід зазначити, що термоелектричні модулі відрізняються відносно низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД) і, виконуючи функції теплового насоса, вони є потужними джерелами тепла. Використання даних модулів у складі засобів охолодження електронних комплектуючих комп'ютера викликає значне зростання температури всередині системного блоку, що нерідко потребує додаткових заходів та засобів для зниження температури всередині корпусу комп'ютера. В іншому випадку підвищена температура всередині корпусу створює труднощі для роботи не тільки для елементів, що захищаються, і їх систем охолодження, але й іншим компонентам комп'ютера. Необхідно також наголосити, що модулі Пельтьє є порівняно потужним додатковим навантаженням для блоку живлення. З урахуванням значення струму споживання модулів Пельтьє величина потужності блока живлення комп'ютера повинна бути не менше ніж 250 Вт. Все це призводить до доцільності вибору материнських плат та корпусів конструктиву ATX із блоками живлення достатньої потужності. Використання цього конструктиву полегшує для комплектуючих комп'ютера організацію оптимальних теплового та електричного режимів. Слід зазначити, що існують холодильники Пельтьє із власним блоком живлення.
• Модуль Пельтьє, у разі виходу його з ладу, ізолює елемент, що охолоджується, від радіатора кулера. Це призводить до дуже швидкого порушення теплового режиму елемента, що захищається, і швидкого виходу його з ладу від наступного перегріву.
• Низькі температури, що виникають у процесі роботи холодильників Пельтьє надмірної потужності, сприяють конденсації вологи з повітря. Це становить небезпеку для електронних компонентів, оскільки конденсат може спричинити короткі замикання між елементами. Для унеможливлення цієї небезпеки доцільно використовувати холодильники Пельтьє оптимальної потужності. Виникне конденсація чи ні, залежить від кількох параметрів. Найважливішими є: температура навколишнього середовища (в даному випадку температура повітря всередині корпусу), температура об'єкта, що охолоджується, і вологість повітря. Чим тепліше повітря всередині корпусу і чим більша вологість, тим швидше відбудеться конденсація вологи і наступний вихід з ладу електронних елементів комп'ютера. Нижче представлена ​​таблиця, що ілюструє залежність температуру конденсації вологи на об'єкті, що охолоджується, залежно від вологості і температури навколишнього повітря. Використовуючи цю таблицю, можна легко встановити, чи існує небезпека конденсації вологи чи ні. Наприклад, якщо зовнішня температура 25°C, а вологість 65%, то конденсація вологи на об'єкті, що охолоджується, відбувається при температурі його поверхні нижче 18°C.

Температура конденсації вологи

Вологість, %
Температура навколишнього середовища, °C	30	35	40	45	50	55	60	65	70
30	11	13	15	17	18	20	21	23	24
29	10	12	14	16	18	19	20	22	23
28	9	11	13	15	17	18	20	21	22
27	8	10	12	14	16	17	19	20	21
26	7	9	11	13	15	16	18	19	20
25	6	9	11	12	14	15	17	18	19
24	5	8	10	11	13	14	16	17	18
23	5	7	9	10	12	14	15	16	17
22	4	6	8	10	11	13	14	15	16
21	3	5	7	9	10	12	13	14	15
20	2	4	6	8	9	11	12	13	14

Крім зазначених особливостей, необхідно враховувати і низку специфічних обставин, пов'язаних з використанням термоелектричних модулів Пельтьє у складі кулерів, які застосовуються для охолодження високопродуктивних центральних процесорів потужних комп'ютерів.

Архітектура сучасних процесорів та деякі системні програми передбачають зміну енергоспоживання залежно від завантаження процесорів. Це дозволяє оптимізувати їхнє енергоспоживання. До речі, це передбачено і стандартами енергозбереження, які підтримуються деякими функціями, вбудованими в апаратно-програмне забезпечення сучасних комп'ютерів. У звичайних умовах оптимізація роботи процесора та його енергоспоживання благотворно позначається як на тепловому режимі самого процесора, так і на загальному тепловому балансі. Однак слід зазначити, що режими з періодичною зміною енергоспоживання можуть погано поєднуватися із засобами охолодження процесорів, які використовують модулі Пельтьє. Це пов'язано з тим, що холодильники Пельтьє, як правило, розраховані на безперервну роботу. У зв'язку з цим найпростіші холодильники Пельтьє, які не мають засобів контролю, не рекомендується використовувати разом з охолодними програмами, такими як, наприклад, CpuIdle, а також з операційними системами Windows NT/2000 або Linux.

У разі переходу процесора в режим зниженого енергоспоживання і тепловиділення можливе значне зниження температури корпусу і кристала процесора. Переохолодження ядра процесора може викликати в деяких випадках тимчасове припинення його працездатності, і, як результат, стійке зависання комп'ютера. Відповідно до документації фірми Intel мінімальна температура, при якій гарантується коректна робота серійних процесорів Pentium II і Pentium III, зазвичай становить +5 ° C, хоча, як показує практика, вони чудово працюють і при нижчих температурах.

Деякі проблеми можуть виникнути і внаслідок роботи ряду вбудованих функцій, наприклад, тих, що здійснюють керування вентиляторами кулерів. Зокрема, режими управління енергоспоживанням процесора в деяких комп'ютерних системах передбачають зміну швидкості обертання вентиляторів, що охолоджують, через вбудовані апаратні засоби материнської плати. За звичайних умов це значно покращує тепловий режим процесора комп'ютера. Однак у разі використання найпростіших холодильників Пельтьє зменшення швидкості обертання може призвести до погіршення теплового режиму з фатальним результатом для процесора вже внаслідок його перегріву працюючим модулем Пельтьє, який, крім виконання функцій теплового насоса, є потужним джерелом додаткового тепла.

Як і у випадку центральних процесорів комп'ютерів, холодильники Пельтьє можуть бути гарною альтернативою традиційним засобам охолодження відеочіпсетів, що використовуються в складі сучасних високопродуктивних відеоадаптерів. Робота таких відеочіпсетів супроводжується значним тепловиділенням і зазвичай не схильна до різких змін режимів їх функціонування.

Для того, щоб виключити проблеми з режимами змінного енергоспоживання, що викликають конденсацію вологи з повітря і можливе переохолодження, а в деяких випадках навіть перегрів елементів, таких як процесори комп'ютерів, захищаються, слід відмовитися від використання подібних режимів і ряду вбудованих функцій. Однак як альтернативу можна використовувати системи охолодження, які передбачають інтелектуальні засоби керування холодильниками Пельтьє. Такі засоби можуть контролювати не тільки роботу вентиляторів, а й змінювати режими роботи самих термоелектричних модулів, що використовуються у складі активних кулерів.

З'явилися повідомлення про експерименти з вбудовування мініатюрних модулів Пельтьє безпосередньо до мікросхем процесорів для охолодження їх найбільш критичних структур. Таке рішення сприяє кращому охолодженню за рахунок зниження теплового опору та дозволяє значно підвищити робочу частоту та продуктивність процесорів.

Роботи у напрямку вдосконалення систем забезпечення оптимальних температурних режимів електронних елементів проводяться багатьма дослідницькими лабораторіями. І системи охолодження, які передбачають використання термоелектричних модулів Пельтьє, вважаються надзвичайно перспективними.

Приклади холодильників Пельтьє

Порівняно нещодавно на комп'ютерному ринку з'явилися модулі Пельтьє вітчизняного виробництва. Це прості, надійні та порівняно дешеві ($7-$15) пристрої. Як правило, вентилятор, що охолоджує, не входить до складу. Проте, подібні модулі дозволяють як познайомитися з перспективними засобами охолодження, а й використовувати їх за прямим призначенням у системах захисту комп'ютерних компонентів. Ось короткі параметри одного із зразків.

Розмір модуля (Рис.7) – 40×40 мм, максимальний струм – 6 А, максимальна напруга – 15 В, споживана потужність – до 85 Вт, перепад температур – понад 60 °C. При забезпеченні потужного вентилятора модуль здатний захистити процесор при розсіюваній ним потужності до 40 Вт.

Мал. 7. Зовнішній вигляд холодильника PAP2X3B

На ринку представлені як менш, так і потужніші варіанти вітчизняних модулів Пельтьє.

Спектр закордонних пристроїв значно ширший. Нижче наведено приклади холодильників, у конструкції яких використані термоелектричні модулі Пельтьє.

Активні холодильники Пельтьє фірми Computernerd

Назва	Виробник/постачальник	Параметри вентилятора	Процесор
PAX56B	Computernerd	ball-bearing	Pentium/MMX до 200 МГц, 25 Вт
PA6EXB	Computernerd	dual ball-bearing, тахометр	Pentium MMX до 40 Вт
DT-P54A	DesTech Solutions	dual ball bearing	Pentium
AC-P2	AOC Cooler	ball bearing	Pentium II
PAP2X3B	Computernerd	3 ball bearing	Pentium II
STEP-UP-53X2	Step Thermodynamics	2 ball bearing	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron

Холодильник PAX56B розроблений для охолодження процесорів Pentium та Pentium-MMX фірм Intel, Cyrix та AMD, що працюють на частотах до 200 МГц. Термоелектричний модуль розміром 30×30 мм дозволяє холодильнику підтримувати температуру процесора нижче 63 °C при розсіюваній ним потужності 25 Вт і зовнішній температурі, що дорівнює 25 °C. У зв'язку з тим, що більшість процесорів розсіюють меншу потужність, цей холодильник дозволяє підтримувати температуру процесора набагато нижче, ніж багато альтернативних кулеров на основі радіаторів та вентиляторів. Живлення модуля Пельтьє, що входить до складу холодильника PAX56B, здійснюється від джерела 5, здатного забезпечити струм 1,5 А (максимум). Вентилятор даного холодильника вимагає напруга 12 В та струм 0,1 А (максимум). Параметри вентилятора холодильника PAX56B: ball-bearing, 47,5 мм, 65000 годин, 26 дБ. Загальний розмір цього холодильника становить 25×25×28,7 мм. Орієнтовна ціна холодильника PAX56B дорівнює $35. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу фірми на середину 2000 року.

Холодильник PA6EXB розроблений для охолодження потужніших процесорів Pentium-MMX, що розсіюють потужність до 40 Вт. Цей холодильник підходить для всіх процесорів фірм Intel, Cyrix і AMD, які підключаються через Socket 5 або Socket 7. З підключенням через стандартний роз'єм живлення комп'ютера. Загальний розмір холодильника PA6EXB становить 60 60 52,5 мм. При установці даного холодильника для хорошого теплообміну радіатора з навколишнім середовищем необхідно забезпечити відкритий простір навколо холодильника щонайменше 10 мм зверху та 2,5 мм з боків. Холодильник PA6EXB забезпечує температуру процесора 62,7 °C при розсіюваній ним потужності 40 Вт і зовнішній температурі 45 °C. Враховуючи принцип роботи термоелектричного модуля, що входить до складу даного холодильника, щоб уникнути конденсації вологи та короткого замикання необхідно уникати використання програм, які переводять процесор у режим сну на тривалий час. Орієнтовна ціна такого холодильника складає $65. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу фірми на середину 2000 року.

Холодильник DT-P54A (також відомий під назвою PA5B фірми Computernerd) розроблений для процесорів Pentium. Однак деякі фірми, що пропонують ці холодильники на ринку, рекомендують його і користувачам Cyrix/IBM 6x86 та AMD K6. Радіатор, що входить до складу холодильника, досить малий. Його розміри 29 29 мм. У холодильник вбудований термодатчик, який за потреби сповістить про перегрівання. Він також контролює елемент Пельтьє. У комплект входить зовнішній контрольний пристрій. Воно виконує функції контролю за напругою і роботою елемента Пельтьє, роботою вентилятора, а також температурою процесора. Пристрій видасть сигнал тривоги, якщо елемент Пельтьє або вентилятор вийшли з ладу, якщо вентилятор обертається зі швидкістю меншою, ніж на 70% від необхідного значення (4500 RPM) або температура процесора піднялася вище 145°F (63°C). Якщо температура процесора піднялася вище 100°F (38°C), то елемент Пельтьє автоматично вмикається, інакше він перебуває у режимі вимкнення. Остання функція усуває проблеми, пов'язані з конденсацією вологи. На жаль, сам елемент приклеєний до радіатора настільки сильно, що його неможливо відокремити, не зруйнувавши його конструкцію. Це позбавляє можливості встановити його на інший, потужніший радіатор. Що стосується вентилятора, то його конструкція характеризується високим рівнем надійності і він має високі параметри: напруга живлення - 12 В, швидкість обертання - 4500 RPM, швидкість подачі повітря - 6.0 CFM, споживана потужність - 1 Вт, шумові характеристики - 30 дБ. Цей холодильник досить продуктивний та корисний при розгоні. Однак у деяких випадках розгону процесора слід скористатися просто великим радіатором та гарним кулером. Ціна цього холодильника складає від $39 до $49. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу кількох фірм на середину 2000 року.

Холодильник AC-P2 розроблено для процесорів типу Pentium II. У комплект входить 60 мм кулер, радіатор та елемент Пельтьє розміром 40 мм. Погано підходить до процесорів Pentium II 400 МГц і вище, оскільки практично не охолоджуються чіпи пам'яті SRAM. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $59.

Холодильник PAP2X3B (рис. 8) аналогічний до AOC AC-P2. До нього додано два 60 мм кулери. Проблеми з охолодженням пам'яті SRAM залишилися невирішеними. Варто відзначити, що холодильник не рекомендується використовувати разом з охолодними програмами, такими як, наприклад, CpuIdle, а також під операційними системами Windows NT або Linux, оскільки можлива конденсація вологи на процесорі. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $79.

Мал. 8. Зовнішній вигляд холодильника PAP2X3B

Холодильник STEP-UP-53X2 оснащений двома вентиляторами, що прокачують велику кількість повітря через радіатор. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $79 (Pentium II), $69 (Celeron).

Холодильники серії Bcool від Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) розроблені для процесорів Pentium II і Celeron і мають схожі характеристики, таблицю.

Холодильники серії BCool

Item		PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier							PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Рекомендовані процесори		Pentium II і Celeron
Кількість вентиляторів		3
Тип центрального вентилятора		Ball-Bearing, тахометр (12 В, 120 мА)
Розмір центрального вентилятора		60x60x10 мм
Тип зовнішнього вентилятора		Ball-Bearing	Ball-Bearing, тахометр							Ball-Bearing, термістр
Розмір зовнішнього вентилятора		60x60x10 мм	60x60x25 мм
Напруга, струм		12, 90 мА	12 В, 130 мА							12, 80-225 мА
Загальна площа охоплення вентиляторами		84.9 см 2
Загальний струм для вентиляторів (потужність)		300 мА (3.6 Вт)	380 мА (4.56 Вт)							280-570 мА (3.36-6.84 Вт)
Кількість штирків на радіаторі (центр)		63 довгих та 72 коротких
Кількість штирків на радіаторі (з кожного краю)		45 довгих та 18 коротких
Загальна кількість штирьків на радіаторі		153 довгих та 108 коротких
Розміри радіатора (центр)		57x59x27 мм (включаючи термоелектричний модуль)
Розміри радіатора (з кожного краю)		41x59x32 мм
Загальні розміри радіатора		145x59x38 мм (включаючи термоелектричний модуль)
Загальні розміри холодильника		145x60x50 мм	145x60x65 мм
Вага холодильника		357 грам	416 грам							422 грам
Гарантія		5 років
Орієнтовна ціна (2000 р.)		$74.95	$79.95							$84.95

Слід зазначити, що група холодильників BCool включає також пристрої, які мають схожі характеристики, але в яких відсутні елементи Пельтьє. Такі холодильники, природно, дешевші, але й менш ефективні як засоби охолодження комп'ютерних комплектуючих.

Під час підготовки статті були використані матеріали книги "PC: налаштування, оптимізація та розгін". 2-ге вид., перераб. і доп., - СПб.: BHV - Петербург. 2000. - 336 с.

Захопився я домашнім виноробством.

Почитав про користь вина. Пошукав корисне вино. Жахнувся тим, що нам пропонують у магазинах. Навіть від Кримських вин жодної користі. Все пастеризоване, виготовлене з концентратів, непомірна кількість консервантів. Домашні вина безбожно розбавляють, невідомо за яких умов їх роблять.

Вирішив спробувати вино зробити сам. Вийшло просто чудове виноградне вино. Сухе, майже без цукру, насичене, дуже корисне, знімає втому.

Але головне, мені сподобався процес виготовлення вина. Дуже цікаво, часу займає небагато. Я саме захопився виноробством, і, гадаю, надовго.

Живу я у багатоквартирному будинку. Для виготовлення вина це не створює жодних проблем. У мене велика комора, у ній вино бродить, дозріває. А ось як зберігати вино тривалий час не зрозуміло.

Основна вимога до зберігання вина – низька температура:

• 10 – 14 °C для сухих вин;
• до 16 ° C для десертних;
• максимально допустима температура 18 ° C;
• 24 ° C просто вбиває вино.
• Не допустимі різкі перепади температури.

Проблема ускладнюється тим, що я віддаю перевагу сухим винам, які вимагають найнижчої температури зберігання.

Набрав у пошукових системах запити.

• Зберігання домашнього вина.
• Зберігання вина у домашніх умовах.
• Як зберігати вино у квартирі.

Єдина реальна порада щодо цього – купити винний холодильник. Але такі пристрої дорогі. Особливо, якщо корисний обсяг винного холодильника не на 6-8 пляшок, а на кілька балонів вина. Не думаю, що хтось виготовляє домашнє вино об'ємами менше ніж 10-20 л.

Вимоги до холодильника.

Вирішив зробити винний холодильник своїми руками. Проблема спрощується щодо традиційних холодильників для продуктів тим, що:

• Температура в холодильнику для вина може бути 14 °C, і навіть влаштує 18 °C, тоді як у холодильнику для продуктів 4-5 °C, а в морозилці – 20 °C. Зрозуміло, що на підтримку вищої температури необхідна менша потужність холодильника, менша вимога до теплоізоляції. Достатньо знизити температуру щодо навколишнього середовища на 5-7 °C.
• До винного холодильника, встановленого в коморі немає особливих вимог на вигляд. Але якщо у когось такі вимоги з'являться, завжди можна замовити гарний зовнішній корпус із ламінованого ДСП.
• Холодильник для вина відкривається досить рідко. Це спрощує вимоги до дверцят холодильника, що закривають, взагалі до способу закривання корпусу.

Але є й певні вимоги:

• Чи не висока споживана потужність, щоб не розориться на оплаті електроенергії. Я вирішив, що максимальна споживана потужність має бути не більше ніж 15-20 Вт.
• Система керування повинна підтримувати температуру з високою точністю, і головне без різких коливань. Релейні терморегулятори від холодильників тут абсолютно неприйнятні.
• Як охолодний прилад – . Це накладає ще специфічні вимоги на контролер холодильника. Про це я напишу у наступній публікації.

Останні два пункти мене не лякають. Я розробляв набагато складніші електронні контролери. Забігаючи наперед, скажу, що-що, а вийшов чудовим. Невеликих розмірів досить простий, зручний, з високими характеристиками. Він підтримує температуру з точністю 0,1 ° C, обмежує потужність на заданому рівні, виробляє ідеальні сигнали елемента Пельтьє.

Корпус для вина, вибір теплоізоляційного матеріалу.

З чого зробити корпус холодильника? Переглянув статті з цього питання в інтернеті, подумав, почитав про теплоізоляційні матеріали. Дійшов однозначного висновку – корпус треба робити з екструдованого пінополістиролу. Цей матеріал:

• Низька теплопровідність – 0,031 Вт/(м·°K).
• Досить висока міцність, стійкість до деформацій. Існують варіанти з різною густиною. Від густини і залежить міцність.
• Він зовсім не боїться вологи.
• До того ж пінополістирол легкий, легко обробляється, легко клеїться.

На відміну від варіантів в інтернеті, в яких брався відповідний пластиковий корпус і обшивався теплоізоляційним матеріалом, я вирішив зробити корпус холодильника з пінополістиролу плит і обклеїти алюмінієвою плівкою.

Розрахував, що мені потрібні плити товщиною 5 см, але в найближчому магазині знайшов плити Піноплекс товщиною лише 4 см. Вирішив, що для першого досвіду підійде. Їх і купив.

З урахуванням розмірів полиць у моїй коморі, вирішив зробити холодильник з корисним об'ємом, достатнім для зберігання чотирьох п'ятилітрових балонів.

Тобто. на 20 літрів вина у чотирьох балонах. Кожен балон 5 л, висота 265 мм, діаметр 180 мм. Внутрішні розміри холодильника 380 х 360 х 320 мм.

Вийшло ось таке креслення деталей для корпусу.

Список деталей.

Випилили мені ці деталі у меблевому цеху за 200 руб. Матеріал обробляється чудово. Краї вийшли ідеально рівними.

Використовував такий клей. Напевно, є багато інших варіантів, але цей клей мені сподобався.

Залишилось склеїти деталі. Це було не складно, лише надто багато клею на перший шов налив.

Склеїв кришку і приміряв, поки клей остаточно не висох. Підійшла ідеально.

Потім я обклеїв корпус холодильника зовні та зсередини алюмінієвим скотчем.

Корпус холодильника готовий.

Конструкція охолоджуючого вузла холодильника.

Оптимальна конструкція охолоджуючого вузла є очевидною. Я постарався зобразити, як її бачу.

Завдання полягає в тому, щоб холод з однієї поверхні передати в холодильник на внутрішній радіатор. А інший зовнішній радіатор повинен відводити тепло з іншої поверхні елемента Пельтьє.

Бічна стінка холодильника під прямим кутом пронизує алюмінієвий брусок перетином 40x40 мм. Через нього передається холод усередину корпусу. У камері до нього прикручується внутрішній радіатор, що охолоджує повітря. З іншого боку, до бруска зовнішнім радіатором притискається елемент Пельтьє. Конструкція оптимальна з погляду фізичних процесів:

• Мінімальна довжина бруску, що передає холод.
• Великий переріз, а отже, і хороша теплопровідність бруска.
• Мінімальна поверхня контакту холодної частини охолоджуючого вузла з повітрям, отже мінімальні втрати.
• Зовнішній радіатор розташовується паралельно до бічної стінки, збільшуючи ширину всього холодильника тільки на свою товщину. Товщина радіатора, як правило, менша за інші розміри.

Недоліки:

• Бічні поверхні алюмінієвого бруска мають бути ідеально рівними.
• Потрібні складні фрезерні роботи.
• Складне кріплення зовнішнього та внутрішнього радіаторів.

Я інженер-електронщик, програміст, не механік. Упевнений, що механічну конструкцію цього вузла багато хто зробить краще за мене. Надішліть фотографію, якщо зробите.

Мене на такий варіант конструкції забракло. Я зробив простішу, але менш ефективну конструкцію охолоджуючого вузла.

Вона зрозуміла за картинками.

Внутрішній радіатор знаходиться зверху в камері, оскільки холодне повітря опускається донизу.

Недоліки такої конструкції очевидні:

• Брусок, що передає холод, невеликого перерізу, всього 40 x 10 мм.
• Значна його частина контактує із теплим повітрям, великі втрати. Потрібно закривати теплоізолюючими матеріалами.
• Ширина холодильника зростає за рахунок ширини радіатора. З цієї причини не можна використовувати широкий радіатор.

Ну що зміг. Перероблятиму.

Контролер для холодильника на елементі Пельтьє.

Контролер вийшов дуже вдалим. Йому буде присвячена. Там я:

• Докладно розповім про проблеми керування елементом Пельтьє.
• Опишу роботу контролера.
• Наведу принципову схему контролера елемента Пельтьє.
• Викладу резидентне програмне забезпечення.

Зараз просто скажу, що контролер:

• Вимірює та стабілізує температуру повітря у холодильнику з точністю 0,1 °C.
• Обмежує споживану потужність за заданим значенням.
• Контролює температуру зовнішнього радіатора та керує вентилятором.
• Формує безперервний струм і напругу на , згладжує пульсації та кидки напруги.
• Здійснює діагностику датчиків температури та інших елементів системи.

Особливо хочу відзначити, що контролер не включає та вимикає елемент Пельтьє для регулювання температури, а плавно знижує або збільшує потужність на елементі. Таким чином, через елемент Пельтьє завжди йде струм, тільки його значення визначається температурою навколишнього середовища.

Це дозволяє:

• Тримати значення температури стабільним, без найменших стрибків.
• У елементі Пельтьє обмежена кількість включень та вимкнень. Релейний регулятор зіпсує його за 2 місяці.
• Уникнути проблеми пов'язаної з тим, що пластина, що передає холод у камеру холодильника, при вимиканні елемента Пельтьє починає передавати в нього тепло від зовнішнього радіатора.

Розміри контролера всього 110 х 90 х 38 мм.

А це весь холодильник.

Випробування та оцінка результатів.

Контролер відображає:

• температуру повітря у холодильнику;
• температуру радіатора;
• електрична потужність на елементі Пельтьє.

Тож випробування проходило без додаткових приладів. Просто ввімкнув холодильник та спостерігав.

При заданій максимальній потужності 15 Вт температура холодильника знижується на 6 °C щодо навколишнього середовища.

У принципі, цього вже достатньо для зберігання вина. Хотілося кращих результатів, але з урахуванням недоліків конструкції вузла охолодження результат вийшов непоганий.

Тим більше, що залишилося величезна кількість резервів для підвищення ефективності холодильника:

• Змінити конструкцію вузла охолодження, як описано вище.
• Додати напрямні повітря для вентилятора.
• Збільшити площу зовнішнього та внутрішнього радіаторів.
• Збільшити товщину стін корпусу холодильника хоча б до розрахункової (50 мм).

Впевнений, що цим можна значно підвищити ефективність холодильника:

• Досягти нижчих температур.
• Зменшити споживану потужність, хоча 15 Вт мені не здається великою величиною.

До речі, усі промислові холодильники для вина містять другий вентилятор на внутрішньому радіаторі. Я думаю, що без нього можна обійтися, як зроблено у цій розробці.

Щодо вартості виготовлення цієї розробки, то я точно не рахував, але не думаю, що витратив більше тисячі на матеріали для корпусу. Все інше робив із підручних матеріалів. Важко оцінити всі разом, гадаю, що тисячі в 2-2,5 можна вкластися.

Ви можете додати до закладок.

В 1834 французький вчений-фізик Жан Шарль Пельтьє, досліджуючи вплив електрики на провідники, виявив дуже цікавий ефект. Якщо пропускати струм через два різнорідні провідники, що знаходяться в безпосередній близькості один від одного, то один із цих провідників починає сильно грітися, а другий, навпаки, сильно охолоджуватися. Кількість тепла, що виділяється і поглинається, безпосередньо залежить від сили і напряму електричного струму. Якщо змінити напрямок струму, то зміняться місцями холодна і гаряча сторони. Трохи пізніше цей феномен отримав назву ефекту Пельтьє і був забутий через практичну незатребуваність на той момент.

І лише через сто з лишком років, з розквітом напівпровідникової ери, з'явилася нагальна необхідність у компактних, недорогих та ефективних охолоджувачах. Так, у 60-х роках 20 століття з'явилися перші напівпровідникові термоелектричні модулі, які отримали назву елементи Пельтьє.

В основі будь-якого термоелектричного модуля лежить той факт, що різні провідники мають різні рівні енергії електронів. Інакше кажучи, один провідник можна як високоенергетичну область, другий провідник, як низкоэнергетическую область. При контакті двох струмопровідних матеріалів під час пропускання через них електричного струму електрону з низькоенергетичної області необхідно перейти у високоенергетичну область.

Цього не станеться, якщо електрон не набуде необхідної кількості енергії. У момент поглинання цієї енергії електроном відбувається охолодження місця контакту двох провідників. Якщо змінити напрямок перебігу струму, виникне, навпаки, ефект нагрівання місця контакту.

Можна використовувати будь-які провідникиАле цей ефект стає фізично помітним і значущим лише у разі використання напівпровідників. Наприклад, при контактуванні металів ефект Пельтьє настільки незначний, що практично непомітний на тлі омічного нагріву.

Термоелектричний модуль (ТЕМ), незалежно від свого розміру та місця застосування, складається з різної кількості, так званих термопар. Термопара - це та цегла, з яких будується будь-який ТЕМ. Вона складається з двох напівпровідників, що відрізняються типом провідності. Як відомо, існують два типи провідності p і n типу. Відповідно, існує і два типи напівпровідників. Два ці різнорідні елементи з'єднуються в термопарі за допомогою мідного містка. Як напівпровідники застосовують солі таких металів, як вісмут, телур, селен або сурма.

ТЕМ – сукупність подібних термопар, з'єднаних один з одним послідовно. Усі термопари розташовуються між двома керамічними пластинами. Пельта Пельтьє. Пластини виготовлені з нітриду чи оксиду алюмінію. Безпосередньо сама кількість термопар в одному елементі може змінюватись у дуже широких межах, від кількох штук, до кількох сотень чи тисяч.

Іншими словами, елементи Пельтьє можуть бути абсолютно будь-якої потужності, від сотих часток, до декількох сотень або тисяч ват. Постійний струм послідовно проходить через усі термопари і в результаті верхня керамічна пластина охолоджується, а нижня, навпаки, гріється. Якщо змінити напрямок струму, то пластини зміняться місцями, верхня почне грітися, а нижня охолоджуватися.

У роботі елемента є одна особливість, яку активно використовують для посилення охолоджуючої ефективності цього пристосування. Як відомо, при пропусканні струму через елемент Пельтьє виникає різниця температур між поверхнею, що розігрівається і охолоджується поверхнею. Так от, якщо ту поверхню, що активно нагрівається піддати примусовому охолодженню. Наприклад, за допомогою спеціального кулера, це призведе до ще більш сильного охолодження поверхні, тобто тієї, що охолоджується. При цьому різниця температур із навколишнім повітрям може досягти кількох десятків градусів.

Гідності й недоліки

Як у будь-якого технічного пристрою, у термоелектричного модуля є свої переваги та свої недоліки:

Проблема підвищення ККД у ТЕМів упирається в нерозв'язну поки що технічну головоломку. Вільні електрони мають, по суті, подвійну природу, що на практиці проявляється і вони одночасно є переносниками як електричного струму, так і теплової енергії. Як наслідок, високоефективний елемент Пельтьє повинен бути виготовлений з матеріалу, що має одночасно дві взаємовиключні властивості. Матеріал цей повинен проводити електричний струм і погано проводити тепло. Поки що такого матеріалу не існує в природі, але вчені активно працюють у цьому напрямі.

Всі термоелектричні модулі мають відповідні технічні характеристики:

Застосування ТЕМів

Незважаючи на серйозний недолік властивий усім без винятку елементам Пельтьє, а саме дуже низький ККД, ці пристрої знайшли досить широке застосування як у науці та техніці, так і в побуті.

Термоелектричні модулі є важливими елементами конструкції таких пристроїв, як:

Елемент Пельтьє в руках домашнього майстра

Потрібно відразу обмовитися, самостійне виготовлення термоелектричного елемента заняття щонайменше безглузде і нікому не потрібне. Якщо тільки той, хто виготовляє, не є учнем сьомого класу і не закріплює таким чином, отримані на уроках фізики, знання.

Набагато простіше купити новий термоелектричний елементу відповідному магазині. Благо коштують вони недорого і нестачі у виборі конкретної моделі не спостерігається. А крім того, що в них нема чому ламатися або зношуватися, будь-який термоелемент, знятий зі старого комп'ютера або автомобільного кондиціонера, не відрізнятиметься за своїми технічними характеристиками від нового.

Найбільшою популярністю користується модель термоелемента: TEC1-12706. Розміри цього пристрою 40 на 40 мм. Складається він із 127 термопар, з'єднаних між собою послідовно. Розрахований на струм 5 А, при напрузі ланцюга 12 В. Коштує такий елемент в середньому від 200 до 300 рублів. Але можна знайти і за сто, або взагалі за так, якщо зняти зі старого комп'ютера або іншого непотрібного пристрою.

Виготовити за допомогою такого елемента можна, як мінімум два дуже цікаві та корисні в господарстві пристрої.

Як зробити холодильник своїми руками

Виробництво портативних холодильників, зокрема, для машин цілком ґрунтується на ефекті Пельтьє. Для виготовлення такого пристрою в домашніх умовах знадобиться:

• Термоелемент марки TEC1-12706. Коштує 200 рублів у найближчому магазині (спеціалізованому).
• Радіатор та вентилятор. Знімаються з старого комп'ютера, що відслужив своє.
• Контейнер. Будь-яка непотрібна ємність із пластику, металу або дерева. Зовні та зсередини така ємність обклеюється теплозберігаючими пластинами з пінопласту або пінополістиролу.

Термоелектричний модуль вбудовується у кришку контейнера. У цьому випадку надходження холоду буде згори донизу, що призведе до рівномірного охолодження ємності. Зсередини контейнера, в його кришку за допомогою термопасти та болтів кріплення прикріплюють радіатор.

Для того, щоб збільшити потужність майбутнього холодильного пристрою, можна збільшити кількість термоелементів, до двох-трьох і більше. У цьому випадку модулі приклеюються один до одного з дотриманням полярності. Іншими словами, гаряча сторона елемента, що лежить нижче контактує з холодною стороною вищележачого.

Зовні на кришку кріпиться ще один радіатор разом із комп'ютерним кулером. У місці кріплення радіаторів має бути хороша термоізоляція між холодною – внутрішньою та гарячою – зовнішньою сторонами. Необхідно дуже акуратно стягувати верхній та нижній радіатори кріпильними болтами, щоб не тріснули керамічні пластини, що розташовуються між ними термоелементів.

Електрика підключається за допомогою блока живлення, який можна взяти від старого комп'ютера.

Портативний термоелектрогенератор

Така міні-електростанція може дуже врятувати туриста або мисливця, коли в лісі сядуть батареї всіх електронних гаджетів. Дуже романтично в цій ситуації взяти кілька сухих трісок і шишок, розвести невелике багаття і з його допомогою зарядити акумулятори, а заодно і поїсти приготувати. Саме це дозволяє зробити портативний термогенератор, збудований на термоелементі.

Для будівництва цього диво-девайсу потрібна наявність портативної похідної пічки, що працює на будь-якому виді палива. У крайньому випадку згодиться навіть невелика свічка або пігулка сухого спирту.

У грубці розводять вогонь, а зовні за допомогою термопасти до неї кріпиться термоелектричний модуль. За допомогою дротів він підключається до перетворювача напруги.

Величина одержуваного струму безпосередньо залежатиме від різниці температур між холодною та гарячою сторонами термоелемента. Для ефективної роботи необхідна різниця між холодною та гарячою поверхнею як мінімум 100 градусів.

У цьому випадку слід розуміти, що максимальна температура обмежена температурою плавлення припою, за допомогою якого виготовлений сам модуль. Тому для таких пристроїв використовують спеціальні термомодулі, які виготовляють за допомогою спеціального тугоплавкого припою. У стандартних модулях температура плавлення припою становить 150 градусів. У тугоплавких модулях, припій починає плавитися при температурі 300 градусів.

У категорії товарів для туризму, активного відпочинку та обладнання для дачного будиночка стабільною популярністю користуються компактні портативні холодильники. Більшість виробів, що пропонуються промисловістю, є пасивними охолоджувачами – це різного роду контейнери з теплоізольованими стінками, що подовжують процес нагрівання упакованої в них їжі. На відміну від них прилади активного типу генерують холод усередині камери, живлячись від зовнішнього джерела електричного струму. Щоб заощадити бюджет на покупці дорогого аксесуару для подорожей, можна зробити автомобільний холодильник на елементах Пельтьє своїми руками.

Підготовчий етап

Щоб успішно поставити елемент Пельтьє собі на службу, потрібно ознайомитися з теоретичною частиною завдання:

• що таке елемент Пельтьє;
• як розрахувати потрібний обсяг холодильника;
• як забезпечувати пристрої потрібне харчування та коректне відведення тепла;
• які є схеми підключення даного термоелектричного модуля.

В основі роботи елемента Пельтьє лежить однойменний ефект, при якому, залежно від напрямку і сили струму, що протікає через точку контакту двох напівпровідників різного складу, відбувається виділення або поглинання тепла. Це стали використовувати в радіоелектроніці для локального охолодження інтегральних матриць, діодів і т. д. Пізніше компактну, нешумну, недорогу і надійну деталь стали використовувати як кустарну заміну повітряного охолодження процесорів ПК. Найчастіше як робочий модуль розглядається елемент Пельтьє 12703 для холодильника корисним об'ємом до 0,5 куб. м.

Одного елемента Пельтьє 12703, що працює від 12 V, споживає близько 3А та 28 Вт; розмірами 40х40х10 мм; вистачає для створення у закритому обсязі 0,5-0,7 куб. м. різниці температур 20 градусів з навколишнім середовищем. Деталь коректно функціонуватиме лише при працюючому тепловідвідному пристрої (металевому радіаторі) і вентиляторі, що забезпечує відтік повітря від нього. Якщо запитати елемент 12703 без забезпечення відтоку тепла, так само як і його аналоги, що охолоджували потужні діоди, він може згоріти протягом хвилини.

Корпус та робоча камера саморобного агрегату

Щоб сконструювати автомобільний холодильник своїми руками, потрібно теплоізольований бокс із твердою неметалевою стінкою. Це може бути серійно випущений термобокс для подорожей (пасивно зберігає прохолодну температуру) або підходящий за розмірами пластиковий, фанерний, зроблений з МДФ або подібного теплоізолюючого матеріалу, ящик з кришкою, що щільно закривається.

1. Для зручності корпус портативної морозилки можна оснастити ручками з боків.
2. Всередині камера саморобного пристрою має бути ізольована за допомогою пінофолу, пінополістиролу, монтажної піни або листового пінопласту. Виняток – місце встановлення охолоджуючого модуля. У точці кріплення потрібно зробити отвір під модуль, виїмки для монтажу радіаторів та коректного відведення повітря.
3. Вибираючи, який краще поставити радіатор та вентилятор охолодження, слід звернути увагу на недорогі комп'ютерні деталі: кулер охолодження центрального процесора та його радіатор.
4. При монтажі радіатора на модуль Пельтьє необхідно обов'язково використовувати термопасту.
5. Зовнішній радіатор із розміщеним на ньому кулером слід захистити від пошкоджень або дотику, краще за допомогою ґрат.

Що знадобиться для збирання охолоджувального агрегату

Саморобний автомобільний холодильник з елементом Пельтьє вимагатиме таких деталей, як:

• теплоізольований контейнер;
• охолодний модуль;
• 2 радіатора та 2 вентилятори (всередині та зовні);
• термореле з виносним датчиком (мікроконтролер із термостатом);
• перемикач на два положення (вкл./вимк.) та провід.

Для підключення до автомобільного акумулятора знадобляться довгі дроти та роз'єми (крокодили). Не рекомендується організовувати підключення через роз'єм прикурювача, оскільки під час роботи контакт сильно нагрівається і може вивести з ладу проведення авто. Щоб забезпечити роботу морозильного агрегату від мережі на дачі, слід придбати комп'ютерний або інший відповідний блок живлення на 12-15 V з проводами та штепселем.

Послідовність монтажу

Перед тим, як поставити елемент Пельтьє на холодильник, зроблений своїми руками, слід перевірити працездатність конструкції, змонтувавши її в готовому вигляді на плоскій дошці відповідного розміру.

Схема компонування деталей:

• модуль монтується у вирізаний точно за його розміром отвір у підставі (кришці або стінці автомобільного холодильника);
• до обох його площин кріпляться попередньо змащені термопастий радіатори;
• на кожен радіатор встановлюється вентилятор у режимі відведення повітря.

Щоб зрозуміти, якою стороною краще встановити модуль, слід звернутися до практики позначень «плюсу» червоним проводом, а «мінуса» – чорним. При подачі струму з плюсової клеми акумулятора на червоний провід модуля нагріватиметься та його сторона, на якій розташовано маркування. При зворотному підключенні – протилежна.

Під час експлуатації саморобного автомобільного холодильника слід брати до уваги, що продукти, що завантажуються в нього, повинні бути по можливості охолодженими, інакше апарату доведеться витратити велику кількість енергії та часу на те, щоб спочатку охолодити їх, а вже потім підтримувати задану температуру всередині камери .

Поки я займався будівництвом заміського будинку, мене не залишало бажання придумати як ще можна використовувати екструзійний пінополістирол. На сьогоднішній день це один із найефективніших утеплювачів з величезною кількістю плюсів та дуже доступною ціною. Насамперед я усвідомив, що для поїздок за продуктами до гіпермаркету дуже корисно мати контейнер-термос, у якому можна безпечно перевозити заморожені продукти. Для виготовлення такого ящика знадобилося 160 рублів та півгодини вільного часу. Але я вирішив піти далі і доопрацювати конструкцію для того, щоб використовувати її як автономний холодильник.

Приступимо до виготовлення!

2. Отже, почнемо з контейнера-термосу. Нам знадобиться один лист пінополістиролу з розмірами 1200х600 мм, товщиною 50 мм, канцелярський ніж та рулетка. Вартість такого аркуша в будь-якому будівельному магазині – 160 рублів. Розрізаємо лист за шаблоном, беремо монтажну піну і склеюємо такий контейнер.

3. Ось схема обробки листа. У листа є борти товщиною 20 мм, їх потрібно зрізати з усіх боків, крім нижньої. Між собою листи склеюються монтажною піною. Технологія проста. Наносьте трохи піни на місце склеювання, чекаєте 1 хвилину, щільно притискаєте листи один до одного і далі протягом 5 хвилин вручну контролюєте, щоб вони не зрушили через розширення піни. Головне не залишати без нагляду. Зайвим залишиться лише невеликий шматочок пінополістиролу, позначеним сірим кольором на схемі.

4. Зверніть увагу на конструкцію кришки, один із великих листів зі схеми зверху я розрізав на 3 частини за місцем при склейці, щоб забезпечити щільну фіксацію. Після цього ящик зовні можна пофарбувати. Фарба трохи роз'їдає пінополістирол, тому краще фарбувати у два етапи. Місткість, що вийшла, важить 820 грам і має неймовірні показники по тепловтратах. У таку скриньку можна покласти кілька кілограмів заморожених продуктів і без проблем перевозити їх протягом кількох годин. Головне не змішувати заморожені та охолоджені продукти. Можна доповнити конструкцію акумулятором холоду.

5. А можна доопрацювати конструкцію, щоб отримати повноцінний холодильник. Для цього ми будемо використовувати елемент Пельтьє - термоелектричний перетворювач, принцип дії якого заснований на виникненні різниці температур при протіканні електричного струму. Саме такі елементи використовують у серійних автомобільних холодильниках, а також автомобільних сидіннях із вентиляцією.

Вартість одного елемента Пельте максимальною потужністю 60 вт на AliExpress - 130-150 рублів. Модель TEC1-12706. У процесі роботи один бік елемента нагрівається, інший - охолоджується. щоб елемент не згорів потрібно інтенсивно відводити тепло з гарячого боку. Для цього нам потрібно процесорний кулер з радіатором з комп'ютерного магазину, вартістю 250 рублів. Для покращення циркуляції повітря всередині холодильної камери та виключення обмерзання радіатора я вирішив встановити вентилятори з обох боків. Також нам знадобиться терморегулятор із зовнішнім термодатчиком і реле вартістю 170 рублів, яке дозволить контролювати задану температуру всередині контейнера. Ну і провід подовжувач із роз'ємом для автомобільного прикурювача за 100 рублів.

Отже, приступаємо до збирання.

6. Елемент Пельтьє з використанням термопасти (іде в комплекті з кулером) встановлюємо між двома алюмінієвими радіаторами. Тут варто відзначити, що можна підвищити температурний градієнт установки, якщо зробити складання послідовно встановлених 2 або 3 елементів Пельтьє. Таким чином, щоб один елемент Пельтьє охолоджував інший. У такому варіанті в контейнері реально отримати негативну температуру до -18 градусів за Цельсієм. По периметру між елементом прокладаємо шматочок спіненої теплоізоляції.

7. Між собою радіатори з'єднуємо штатними пластинами кріплення до материнської плати, з'єднавши їх за допомогою пластикових хомутів. Це дозволяє також термічно ізолювати один від одного холодну та гарячу сторону. Пробний пуск установки. Чим інтенсивніше ми охолоджуватимемо гарячу сторону, тим нижче буде температура на холодній стороні. Тут вентилятори спрямовані на надходження повітря на радіатори, це менш ефективно, ніж якщо їх перевернути на видув. В імпровізованій коробці вдалося досягти температури -3 градуси, за температури навколишнього середовища +26. На фото добре видно модель кулерів, їхня перевага у великій площі опорного майданчика радіаторів. А як теплоізоляційну прокладку я використовував шматочок від теплоізоляції для круглих труб.

8. Тепер займемося інтеграцією термоелектричного перетворювача в нову кришку контейнера. Для зручності розміщення всієї конструкції збільшимо товщину кришки до 100 мм (2 листи пінополістиролу). На цій фотографії добре видно прокладку по периметру між двома радіаторами.

9. Художнє різання по пінополістиролу та обробка наждачним папером. Знову фарбуємо. Після фарбування зовнішня оболонка пінополістиролу стає міцнішою.

10. Шви промазуємо герметиком, обидва вентилятори перевертаємо на видув. З потенційних доробок - можливо, варто знизити швидкість вентилятора на холодній стороні (зараз обидва вентилятори працюють з максимальною швидкістю).

11. Поруч на корпусі встановлюємо плату терморегулятора та фіксуємо провід живлення таким невигадливим способом. Спочатку притискаємо пластиною за допомогою шурупів, потім фіксуємо герметиком.

12. Контейнер у зборі. Вага контейнера без кришки – 800 грам, стільки ж важить кришка з термоелектричним перетворювачем у зборі. Загальні витрати - 1000 рублів і кілька годин часу. Випробування з охолодженими продуктами в багажнику автомобіля показали здатність системи підтримувати температуру на дні (!) контейнера в межах +5 градусів Цельсія, при температурі навколишнього середовища +29 градусів (так, у багажнику набагато тепліше, навіть при роботі кондиціонера) та споживанні струму - 3 Ампера. Мені здається, це чудовий результат.

Наступний контейнер планую зробити з трьох послідовно встановлених елементів Пельтьє, щоб отримати повноцінну морозильну камеру.