Як зробити холодильник на елементі пельтьє. Термоелектричний охолоджувач пельтьє Як зробити сумку холодильник з елемента пельтьє
Можна вважати розкішшю. Адже це досить корисна річ. Сюди можна покласти морозиво, газовану воду, перевозити будь-які заморожені продукти та багато іншого. У магазині за такий девайс вимагатимуть чималу суму, тому є сенс зібрати автомобільний холодильник своїми руками. До того ж це цікаво, просто й у кілька разів дешевше. Ще можна зробити холодильник будь-якої форми та розмірів, щоб він зручно вміщувався на підготовленому в авто місці. За словами автора, вартість подібної саморобки знаходиться в межах 1000 рублів.
Як охолодний елемент використовується елемент Пельтьє (це така пластина, яка при подачі на неї напруги з одного боку нагрівається, а з іншого остигає). Також знадобиться один або кілька (залежно від розмірів холодильника) комп'ютерних кулерів із радіаторами. Їх можна дістати безкоштовно, якщо є не потрібні комп'ютери.
Матеріали та інструменти для саморобки:
- екструзійний пінополістирол;
- Лінійка;
- ручка, фломастер або інший пишучий інструмент;
- канцелярський ніж;
- Елементи Пельтьє (можна купити, коштують не дорого);
- комп'ютерні кулери з радіаторами;
- монтажна піна;
- Провід з роз'ємом для прикурювача;
- Плата терморегулятора;
- паяльник, ножиці та інше.
Процес виготовлення холодильника:
Крок перший. Виготовлення контейнера
Взагалі автор спочатку хотів зробити термос-контейнер, який утримував усередині холод. Тобто для перевезення на невеликі відстані охолоджених продуктів. Але далі контейнер перетворився на повноцінний холодильник.
Збирається контейнер з пінополістиролу, як клей використовується монтажна піна. Це добре тим, що піна герметично закладає всі щілини. Найважливіше при конструюванні - гарна теплоізоляціяЧим краще буде зберігатися холод, тим ефективніше і економніше працюватиме холодильник.
Розміри можна вибирати будь-які, під свої потреби, автору для складання вистачило листа пінополістиролу розмірами 1200х600 мм та товщиною 50 мм. Лист просто розрізається за шаблоном, а потім склеюється в заповітну коробку за допомогою монтажної піни.
На картинці можна побачити схему для обробки листа, якщо є бажання зібрати такий холодильник. На листі є борти, товщина яких становить 20 мм, їх потрібно зрізати з усіх боків, залишивши нижній.
Для склеювання наносять піну і чекають 1 хвилину, потім потрібно притиснути частини на 5 хвилин і стежити при цьому за тим, щоб вони не змістилися. У результаті зайвим буде лише маленький шматочок пінополістиролу, він відзначений сірим кольором на схемі.
Після того, як ящик буде готовий, його можна пофарбувати. Фарбувати потрібно в два заходи, тому що фарба може роз'їдати пінополістирол. Втім, бажано підібрати потрібну фарбу для цих цілей. Важить контейнер 820 г, у ньому досить довго лежать заморожені продукти.
Крок другий. Встановлення охолоджуючого елемента
Щоб зробити повноцінний холодильник, необхідний елемент, що охолоджує, тут він електричний - це елемент Пельтьє. Особливість цього пристрою в тому, що коли на нього подається напруга, то його сторона стає дуже холодною, а інша нагрівається. Так ось щоб елемент Пельтьє не перегорів, від його гарячої сторони потрібно відводити тепло. Відмінно із цим завданням справляється кулер від комп'ютера з радіатором, який охолоджує процесор.
Максимально потужний елемент Пельтьє коштуватиме близько 130-150 рублів (потужність 60 Вт).
Щоб з внутрішньої сторонирадіатор не обмерзав, а повітря охолоджувалося рівномірно, з внутрішньої сторони холодильника було вирішено встановити кулер. Щоб система працювала автономно, знадобиться регулятор температури із зовнішнім датчиком, його вартість знаходиться в межах 170 рублів.
Тепер ступінь холоду в холодильнику контролюватиме електроніка, це також знизить втрати електроенергії.
Елемент Пельтьє автор встановлює між двома радіаторами, для кращої тепловіддачі застосовується термопаста. У результаті один радіатор охолоджуватиме одну сторону елемента, а інший радіатор буде всередині холодильника і розподілятиме по ньому холоду. Одного такого елемента достатньо, щоб утримувати всередині холодильника температуру -3 градуси при температурі навколишнього повітря +26. Якщо послідовно встановити 2-3 таких елементи, теоретично температуру в холодильнику можна знизити до -18 градусів.
Радіатори з'єднуються між собою за допомогою стандартних скоб, за допомогою яких вони кріпляться до материнської плати. Ще знадобляться пластикові хомути. Найбільшої ефективності вдалося досягти, коли обидва вентилятори працювали на видув з боку радіатора.
Як теплоізоляція використовувалися шматки теплоізоляції для круглих труб
Крок третій. Складання конструкції
У кришці холодильника необхідно зробити отвір для установки охолоджувача. За формою отвір має бути таким, як на фото. Потім шви промазуються герметиком та встановлюється конструкція з радіаторів. Важливо не переплутати, де холодна сторона, а де гаряча. Кришку попередньо можна пофарбувати, при цьому зростає жорсткість пінополістиролу.
Автомобільний холодильниксвоїми руками на елементах Пельте
Поки що я займався будівництвом заміського будинкумене не залишало бажання вигадати як ще можна використовувати екструзійний пінополістирол. На сьогоднішній день це один із самих ефективних утеплювачівз 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!
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.
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.
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.
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 сидінняхз вентиляцією.
Вартість одного елемента Пельте максимальною потужністю 60 вт на AliExpress - 130-150 рублів. Модель TEC1-12706. У процесі роботи одна сторона елемента нагрівається, інша охолоджується. щоб елемент не згорів потрібно інтенсивно відводити тепло з гарячого боку. Для цього нам потрібно процесорний кулерз радіатором із 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.
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.
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, їх перевага великої площіопорного майданчика радіаторів А як теплоізоляційну прокладку я використовував шматочок від теплоізоляції для круглих труб.
Тепер візьмемося інтеграцією термоелектричного перетворювача в нову кришку для 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.
Художнє різання по пінополістиролу та обробка наждачним папером. Знову фарбуємо. Після фарбування зовнішня оболонка пінополістиролу стає міцнішою.
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).
Поруч на корпусі встановлюємо плату терморегулятора та фіксуємо провід живлення таким невигадливим способом. Спочатку притискаємо пластиною за допомогою шурупів, потім фіксуємо герметиком.
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.
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.
Єдиний реальна порадаіз цього приводу – 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 зовсім не лякають. Я розробив набагато складніші електронні контролери. Забігаючи наперед, скажу, що-що, а вийшов чудовим. Невеликий за розміром, досить простий, зручний, с високими характеристиками. Він підтримує температуру з точністю 0,1 ° C, обмежує потужність на заданому рівні, виробляє ідеальні сигнали елемента Пельтьє.
Корпус винного холодильника, вибір теплоізоляційного матеріалу.
З чого зроблений 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 °К).
- Досить висока міцність, стійкість до деформації. Є варіанти з різною щільністю. Міцність залежить від щільності.
- Він абсолютно не боїться вологи.
- Крім того, пінополістирол легкий, легко обробляється, легко клеїться.
На відміну від варіантів в інтернеті, в яких брався відповідний пластиковий корпус та обшивався теплоізоляційним матеріаломя вирішив зробити корпус холодильника з плит пінополістиролу 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 в чотирьох пляшках. Кожен циліндр по 5 літрів, висота 265 мм, діаметр 180 мм. Внутрішні розміри холодильника 380 х 360 х 320 мм.
Виявилося ось креслення деталей для корпусу.
Список деталей.
Ці деталі мені випиляли в меблевій майстерні за 200 рублів. 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 схемуконтролера елемент 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.
Елементом Пельтьє прийнято називати перетворювач, здатний працювати від різниці температур. Відбувається це шляхом протікання електричного струму провідниками через контакти. Для цього в елементах передбачено спеціальні пластини. Тепло від одного боку перетворюється на іншу.
На сьогоднішній день вказана технологія затребувана в першу чергу через значну потужність тепловіддачі. Додатково пристрої здатні похвалитися компактністю. Радіатори для багатьох моделей встановлюються слабкі. Пов'язано це з тим, що тепловий потік досить швидко остигає. В результаті потрібна температура постійно підтримується.
Рухливих елементів зазначений елемент немає. Працюють пристрої абсолютно безшумно, і це є безперечною перевагою. Також слід сказати, що експлуатуватись вони здатні дуже довго, а випадки поломок виникають вкрай рідко. Найпростіший тип складається з мідних провідників з контактами та сполучними проводами. Додатково з охолоджувальної сторони є ізолятор. Виготовляють його, як правило, з кераміки або
Навіщо потрібні елементи Пельтьє?
Елементи Пельтьє найчастіше використовуються виготовлення холодильників. Зазвичай мова йдепро компактні моделі, які можуть застосовуватися, наприклад, автомобілістами в дорозі. Однак на цьому область застосування пристроїв не добігає кінця. У Останнім часомелементи Пельтьє активно почали встановлювати звукову, а також акустичну техніку. Там вони здатні виконувати функції кулера.
В результаті охолодження підсилювача пристрою відбувається без шуму. Для портативних компресорів елементи Пельтьє незамінні. Якщо говорити про наукову галузь, то вчені застосовують дані пристрої для охолодження лазера. При цьому можна досягти значної стабілізації хвилі вивчення світлодіодів.
Недоліки моделей Пельтьє
Здавалося б, такий простий та ефективний пристрій позбавлений недоліків, проте вони є. Насамперед фахівці відразу відзначили малу пробивну здатність модуля. Це говорить про те, що у людини виникнуть певні проблеми, якщо вона захоче охолодити прилад, який працює від мережі з напругою 400 В. У цьому випадку частково допоможе вирішити цю проблему спеціальна діелектрична паста. Однак пробою струму все одно буде високим і обмотка елемента Пельтьє може не витримати.
Додатково вказані моделі не рекомендують використовувати для точної електроніки. Оскільки конструкції елемента є металеві пластини, то чутливість транзисторів може порушуватися. Останнім недоліком елемента Пельтьє можна назвати мінімальний коефіцієнт корисної дії. Досягти значної різниці температур ці пристрої не здатні.
Модуль для регулятора
Зробити елемент Пельтьє своїми руками для регулятора досить легко. Для цього слід заздалегідь заготовити дві металеві пластини, а також проведення з контактами. У першу чергу для установки готують провідники, які розташовуватимуться біля основи. Зазвичай їх закуповують із маркуванням "РР".
Для нормального контролю температури слід передбачити напівпровідники на виході. Вони потрібні для того, щоб швидко віддавати тепло на верхню пластину. Для встановлення всіх елементів слід використовувати паяльник. Щоб доробити елемент Пельтьє своїми руками, в останню чергу приєднують два дроти. Перший монтується у нижньої основи та фіксується у крайнього провідника. Дотику при цьому з пластиною слід уникати.
Далі кріплять другий провід у вірній частині. Фіксація здійснюється також до останнього елемента. Щоб перевірити працездатність пристрою, застосовують тестер. Для цього два дроти потрібно приєднати до приладу. В результаті відхилення напруги має становити приблизно 23 В. У цій ситуації багато залежить від потужності регулятора.
Холодильники з терморезистором
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками для холодильника із терморезистором? Відповідаючи це питання, важливо відзначити, що пластини йому підбираються виключно з кераміки. При цьому провідників використовують близько 20 штук. Це необхідно для того, щоб перепад температури був вищим. Підвищити можна до 70%. У цьому випадку важливо розрахувати
Зробити це можна, виходячи з потужності обладнання. Холодильник на рідкому фреоні в цьому випадку виглядає ідеально. Безпосередньо елемент Пельтьє встановлюється біля випарника, який знаходиться поруч із двигуном. Для його монтажу буде потрібний стандартний набір інструментів, а також прокладки. Вони потрібні для того, щоб захистити модель від пускового реле. Таким чином, охолодження нижньої частини пристрою відбуватиметься набагато швидше.
Щоб досягти різниці в температурах (ефект Пельтьє) своїми руками, провідників може знадобитися щонайменше 16 штук. Головне при цьому - надійно ізолювати дроти, які підключатимуться до компресора. Для того, щоб зробити все правильно, потрібно в першу чергу від'єднати осушувач холодильника. Тільки після цього можна з'єднати всі контакти. Після завершення встановлення граничну напругу слід перевірити за допомогою тестера. При порушенні роботи елемента в першу чергу страждає терморегулятор. У деяких випадках відбувається його
Модель для холодильника 15 В
Робиться холодильник Пельтьє своїми руками з малої кріпляться модулі в основному біля радіаторів. Для того, щоб надійно їх закріпити, фахівці використовують куточки. До фільтра елемент не повинен тулитися, і це слід враховувати.
Щоб доробити термоелектричний модуль Пельтьє власноруч, нижню пластину переважно вибирають із нержавіючої сталі. Провідники зазвичай застосовуються з маркуванням "ПР20". Навантаження вони максимум здатні витримувати лише на рівні 3 А. Максимальне відхилення температури здатне досягати 10 градусів. У цьому випадку коефіцієнт корисної дії може становити 75%.
Елементи Пельтьє у холодильниках 24 В
Використовуючи елемент Пельтьє, холодильник своїми руками зробити можна лише з провідників із гарною герметизацією. При цьому вони для охолодження повинні укладатися у три ряди. Робочий струм у системі повинен підтримуватися лише на рівні 4 А.. Перевірити його можна з допомогою стандартного тестера.
Якщо використовувати керамічні пластини для елемента, то максимального відхилення температури можна досягти 15 градусів. Провід до конденсатора встановлюються лише після того, як буде підкладено прокладку. Закріпити її на стінці пристрою можна різними способами. Головне в цій ситуації - не використовувати клей, який чутливий до температур понад 30 градусів.
Елемент Пельтьє для автомобільного охолоджувача
Щоб зробити якісний автохолодильник своїми руками, Пельтьє (модуль) підбирається із пластиною, товщина якої не більше 1.1 мм. Провід найкраще використовувати немодульного типу. Також для роботи будуть потрібні мідні провідники. Їхня пропускна здатність повинна становити не менше 4А.
Таким чином, максимальне температурне відхилення сягатиме 10 градусів, це вважається нормальним. Провідники найчастіше використовують із маркуванням "ПР20". Вони останнім часом показали себе стабільнішими. Також вони підходять для різних контактів. Для з'єднання пристрою з конденсатором використовують паяльник. Якісна установкаможливе тільки на блок реле прокладку. Перепади в цьому випадку будуть мінімальними.
Як зробити елемент для кулера питної води?
Модуль Пельтьє (елемент) своїми руками робиться для кулера досить легко. Пластини для нього важливо підбирати лише керамічні. Провідників у пристрої використовують не менше 12. Таким чином, опір витримуватиметься високий. З'єднання елементів стандартно здійснюється за допомогою паяння. Проводів для підключення до приладу має бути передбачено два. Кріпитися елемент повинен у нижній частині кулера. При цьому з кришкою пристрою він може торкатися. Щоб виключити випадки коротких замикань, всю проводку важливо зафіксувати на решітці чи корпусі.
Кондиціонери
Модуль "Пельтьє" (елемент) своїми руками виготовляється для кондиціонера тільки з провідниками класу "ПР12". Їх вибирають для цієї справи в основному через те, що вони добре справляються з низькими температурами. Максимум модель здатна видавати напругу 23 В. Показник опору буде перебувати на рівні 3 Ом. Перепад температури максимум досягає 10 градусів, а коефіцієнт корисної дії – 65 %. Укладати провідники між листами можна лише в один ряд.
Виготовлення генераторів
Виготовити генератор, використовуючи модуль Пельтьє (елемент) своїми руками можна. Продуктивність пристрою підніметься загалом на 10%. Досягається це за рахунок більшого охолодження двигуна. Максимум навантаження приладом витримується 30 А. За рахунок великої кількості провідників опір здатний становити 4 Ом. Відхилення температури у системі дорівнює приблизно 13 градусів. Кріпиться модуль безпосередньо до ротора. Для цього спочатку слід від'єднати центральний вал. У багатьох випадках статор не заважає. Щоб обмотка ротора не нагрівалася від індуктора використовують керамічні пластини.
Охолодження відеокарти на комп'ютері
Для охолодження відеокарти слід підготувати щонайменше 14 провідників. Найкраще підбирати мідні моделі. Коефіцієнт провідності тепла вони досить високий. Для підключення пристрою до плати використовуються дроти немодульного типу. Монтується модель біля кулера відеокарти. Для її закріплення зазвичай використовують маленькі
Для фіксації їх можна скористатися звичайними гайками. Поява надмірного шуму при експлуатації свідчить про те, що пристрій працює не належним чином. У разі необхідно перевірить цілісність проводки. Також потрібно оглянути провідники.
Елемент Пельтьє для кондиціонера
Щоб якісно зробити елемент Пельтьє своїми руками для кондиціонера пластини використовують подвійні. Мінімальна їхня товщина повинна становити не менше 1 мм. У такому разі можна сподіватися на температурне відхилення 15 градусів. Продуктивність кондиціонерів після оснащення модулів у середньому збільшується на 20%. Багато що в цій ситуації залежить від температури навколишнього середовища. Також слід зважати на стабільність напруги від мережі. У разі невеликих перешкод навантаження пристроєм витримується приблизно 4 А.
При паянні провідників їх слід розміщувати не дуже близько один до одного. Щоб правильно доробити модулі Пельтьє своїми руками, вхідні та вихідні контакти треба встановлювати лише на одну із двох пластин. У такому випадку прилад вийде компактнішим. Грубою помилкою в цій ситуації підключатиме модуль безпосередньо до блоку. Це призведе до неминучої поломки елемента.
Встановлення модуля на конденсатор
Щоб встановити своїми руками важливо оцінити потужність конденсатора. Якщо вона не перевищує 20, то елемент слід монтувати з провідниками, на яких вказано маркування "ПР30" або "ПР26". Для того щоб закріпити модуль Пельтьє (елемент) своїми руками на конденсаторі використовують маленькі металеві куточки.
Найкраще їх встановлювати по чотири на кожну зі сторін. По продуктивності конденсатор, зрештою, здатний додати плюс 10 %. Якщо говорити про тепловтрати, то вони будуть незначними. Коефіцієнт корисної дії приладу в середньому дорівнює 80%. Для високовольтних конденсаторів модулі не розраховані. У цьому випадку не допоможе навіть велика кількість провідників.
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 режимівє кулери, основою яких є традиційні радіатори та вентилятори.
Надійність та продуктивність таких засобів безперервно підвищуються за рахунок удосконалення їх конструкції, використання новітніх технологійта 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.
У Останніми рокамиДані 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 рівнемтепловиділення.
Завдяки своїм унікальним тепловим та експлуатаційним властивостямпристрої, 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.
Рис. 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 характеристикоюматеріалів, як правило, 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, в залежності від його напрямку, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Ступінь прояву даного ефектузначною 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.
Рис. 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.
Рис. 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.
Рис. 4. Зовнішній виглядмодуля 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 значеньтемператур. 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.
Рис. 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 значенняграє потужність модуля Пельтьє, яка зазвичай 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 в конструктиві корпусу комп'ютера для забезпечення кращого теплообміну довкіллямпоза корпусом.
На рис. 6 представлений зовнішній вигляд активного кулера, у складі якого використаний напівпровідниковий модуль Пельтьє.
Рис. 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 потужною. додатковим навантаженнямдля 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 даного конструктиву полегшує для комплектуючих комп'ютера організацію оптимальних теплових і 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 режимуелемента, що захищається, і швидкому 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 володіють засобами контролю, не рекомендується використовувати разом з охолодними програмами, такими як, наприклад, CpuIdle, а також з операційними системами Windows NT/2000 чи 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 і відносно дешеві ($7-$15) пристрої. Як правило, охолоджуючий вентилятор не входить у комплект. Проте, подібні модулі дозволяють як познайомитися з перспективними засобами охолодження, а й використовувати їх за прямим призначенням у системах захисту комп'ютерних компонентів. Ось короткий зміст 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 °С. При забезпеченні потужного вентиляторамодуль здатний захистити процесор з розсіюваною потужністю до 40 Вт.
Рис. 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 Intel, Cyrix і AMD, підключених через Socket 5 або Socket 7. Термоелектричний модуль Пельтьє, який входить до складу холодильника PA6EXB, має розмір 40 × 40 мм і споживає максимальний струм 8 А (зазвичай 3 А) на напругу 5 В з підключенням через стандартний комп'ютерний роз'єм живлення. Габаритні розміри холодильника PA6EXB 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 – 65 доларів. Вказана ціна наведена згідно з прайс-листом компанії 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 зазначити, 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.
Рис. 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.
