Автомобильный кондиционер из элементов пельтье своими руками. Портативный кондиционер для дома: ожидание и реальность

Владельцы пушистых питомцев знают, лето - жуткая пора, в особенности для хомячков. Если в доме стоит система климат-контроля - уже лучше, а если нет - можно подкладывать питомцу кубики льда, или же - установить для хомячка собственный кондиционер! О том, как собрать такое устройство из подручных средств и элемента пельтье, мы расскажем в данной статье.

Элемент Пельтье - это простой по устройству, но очень интересный прибор. С виду - это небольшая керамическая пластинка с разнородными полупроводниками внутри, но если пустить через неё ток по двум контактам - одна сторона начнет охлаждаться, а другая - греться. Работает это и в обратную сторону - если греть одну сторону и охлаждать другую - ЭП будет вырабатывать ток.

Для сборки устройства понадобится:
1. Элемент Пельтье.
2. Радиатор для процессора.
3. Кулер.
4. Термопаста.
5. Блок Питания (в этой статье используется БП на 5V 1A, но лучше подобрать БП под номинальные параметры Элемента Пелетье - 12V, тогда эффективность устройства повысится).

Где найти и как подобрать комплектующие:
Элемент Пельтье найти несложно, они продаются во многих "радиолюбительских" магазинах и на радиорынках. Также, можно заказать в интернете - например, на ebay или Aliexpress по ключевому слову "Peltier". Второй способ - выгоднее, так как пельтьешки с заводов поднебесной обойдутся вам гораздо дешевле (элементы для этой статьи заказывались из Китая, партия из 5шт стоила около 10$). В нашем случае использовался TEC1-12706 40x40mm, оптимальный ток для него - при 12V (хотя не критично повышение до 15-16V) от 0 до 6A.

Остальные комплектующие были сняты со старого компьютера и найдены "в закромах", а если у вас их нет - можно недорого купить их на радиорынке. Не в последнюю очередь, эффективность охлаждения зависит от радиатора - чем он больше, тем лучше. Опытным путем было выведено правило - оптимально, если площадь дна радиатора будет вдвое больше площади ЭП, а высота - 4-5см - такой радиатор не слишком большой, но отлично рассеивает тепло (на радиорынке такой обойдется рублей в 50). Кулер - маленького, снятого с видеокарты, будет достаточно. Блок Питания, как уже говорилось - лучше 12V, но и 5V/1A (старая телефонная зарядка) - показал себя превосходно.

Процесс сборки:
Обычно, на холодной стороне ЭП нанесено название (12706), а теплая - пустая. Проверить стороны можно подключив элемент к БП, соблюдая полярность.
1. Обильно смажьте термопастой теплую сторону Элемента Пельтье, и установите на неё радиатор, плотно прижав.

2. Оголите контакты "+" и "-" кулера, при необходимости удлините их - просто скрутите с двумя проводками побольше, и заизолируйте (термоусадкой, или изолентой) места стыка. Термоусадка - это такая трубочка, которая сильно сжимается, если её нагреть. Очень удобная вещь.

3. С помощью проволоки, стяжек, или специальных креплений - установите кулер на верх радиатора (воздух будет поступать внутрь радиатора и рассеиваться по сторонам).

4. Теперь, соедините вместе контакты кулера и Элемента Пельтье, и не перепутайте полярность - сторона, не прижатая к радиатору, должна охлаждаться, в то время как кулер - крутиться.

5. Подключайте устройство к БП, заизолируйте все контакты и вуаля - самодельный кондиционер для хомячка готов к работе, осталось лишь его установить.

Процесс установки ложится на ваши плечи и целиком зависит от параметров жилища вашего питомца. Важно, чтобы радиатор был вынесен во вне - иначе, тепло будет плохо рассеиваться и останется внутри. Установить его на клетку - легче, можно просто продеть радиатор сквозь штырьки, как на фото ниже. Если же у вас террариум - придется импровизировать - например, ставить дополнительный кулер "на выдув" и менять схему питания - питать кулеры от отдельного БП - тогда эффективность вырастет в разы. Простор для модификаций - огромен, а энергопотребление устройства из данной статьи - около 5-6W.

После подключения, температура холодной стороны была ощутимо низкой, и уже через пару минут образовался конденсат - в жару 30+, вашему пушистому питомцу такая обновка гарантированно понравится:)

Как всем известно, если автомобиль в комплектации не обладает , то установить его туда очень проблематично, а зачастую вообще не возможно по техническим причинам. Однако каждым год жара заставляет людей развивать свою изобретательность.

Есть один способ «кондиционеризировать» свой автомобиль, который ни смотря на всю сложность, привлекает в себе всё больше экспериментаторов. Имеется ввиду термоэлектрический охладитель на основе элементов Пельтье. Самое главное преимущество такого охлаждения при помощи термоэлектрического эффекта – минимальное количество подвижных частей и отсутствие сложного и дорогого компрессора.

Такому автомобильному не требуется фреон, не нужно множество трубок и радиаторов, которые должны быть герметичными. Для работы достаточно будет подать 12 вольт на очень тонкую пластину и отвести с одной стороны тепло посредством обдувания вентилятором, а на противоположной стороне получать холод, даже с образование инея или льда.

Создание термоэлектрического кондиционера

Для примера можно рассмотреть работу обычного автомобильного холодильника китайского производства, работающего от прикуривателя. Сам холодильник состоит из двух частей – крышки с термоэлектрической системой охлаждения и теплоизоляционного ящика.

В крышке находится пластина элемента Пельтье мощностью 65 ватт, к которой проведён провод 12 вольт от обычного автомобильного прикуривателя. Вентиляторы обдувают каждый свой радиатор, в результате чего потоки воздуха смешиваются, образуя холодный ветерок внутри ящика.

На основе этой простой конструкции можно запросто сделать «кондишн». Наиболее любопытная идея по созданию от прикуривателя – это сделать панель модулей Пельтье и вставить её в стекло задней двери автомобиля.

Стекло опускается, а на его место устанавливается модель с термоэлектрическими модулями, затем оно поднимается, чтобы зафиксировать полученный . Самое главное преимущество этой простой системы в том, что очень легко обеспечивается разделение холодной и тёплой сторон.

С внутренней стороны холодные потоки снимаются дополнительными вентиляторами, а с наружной стороны - воздушным потоком от движения автомобиля. В пробках, естественно, теплоотвод ухудшится, за то на скорости будет явно ощутим холодный воздух. Для этого Нужно подключить модуль в бортовую сеть 12 вольт, или в прикуриватель.

В связи с большим количеством мнений за/против, разрабатываю методику расчета и построения для всех желающих. Для проверки, всё испытаю на себе. Только инженерный подход, только хардкор!
Для желающих скопировать - не запрещаю. Но, пожалуйста, указывайте источник - эту страницу.
Спасибо Вам за продуктивные комментарии !

Условия :
- горячий промежуточный контур низкого давления с расширительным бачком и "мокрой" помпой;
- теплоноситель промежуточного контура: тосол (предполагается несъемная установка);
- элементы Пельтье типа TEC1-12706, 4 шт.;
- первичный теплообменник: алюминиевый водоблок 80х40х12 мм, штуцеры d=8мм;
- "холодные" радиаторы - тип О221-60, 4 шт. или О161-80, 2 шт.;
- вентиляторы 120мм, 1000rpm.

1. Расчет перепада температуры (охлаждения) воздуха между входом и выходом кондея:
Будем реалистами. Чудес от китайских элементов никто не заставляет ждать. Пусть мощность, затрачиваемая на охлаждение каждым элементом будет 30 Вт. Суммарная при этом P=30*4=120 Вт.
- Теплоемкость воздуха Cm~1,005 кДж/кг*К [кВт*с/кг*К]
- Средняя производительность 120мм вентилятора от ПК 70 м3/ч~20 дм3/сек (где-то указывают больше, но кое-где и поменьше).
Найдем массовую производительность вентилятора:
- при норм.условиях (0С, атм.давление) 29 гр воздуха = 22,4 дм3;
- при стд.условиях (20С, атм.давление) 29 гр воздуха = 22,4*0,932~24 дм3=0,024 м3;
таким образом, массовая производительность вентилятора mt=24,2 гр/сек=0,0242 кг/сек.

Таким образом, перепад температуры составляет дTв=P/(mt*Cm)~5 градусов.
Подобным образом можно рассчитать, что в предельно возможном режиме работы элементов возможен максимальный перепад температуры в целых 9,5 градусов. Прекрасно, салон автомобиля объемом 7,5 м3 в среднем режиме охладится на 10 градусов за ~15 минут.

2. Расчет перепада температуры (нагрева) теплоностителя на водоблоке
- максимальная температура элементов TEC1 - не более 80гр.С (из референса и здравого смысла);
- плотность тосола при 80гр.С ро=1050 кг/м3;
- теплоемкость тосола при 80гр.С cm=3.500 кДж/кг*К;
- производительность бесщеточной "мокрой" 12V-помпы Vfr=250 л/час~0,07л/сек.

Бесщеточная помпа. Uпит=12 В, производительность 250 л/час

3. Расчет перепада температуры на радиаторе охлаждения
Чуть выше производительность 120мм вентилятора от ПК 70 м3/ч~20 дм3/сек
При сечении воздушного канала S~15*15=225см2=2,25дм2, скорость воздушного потока составит Vв=20/2,25=8,88м/с. (позже чертеж выложу)
Для радиаторов типа О161-80 (возьмем в качестве легкодоступного варианта пока такие) указано тепловое сопротивление RQ=0,36 C/Вт для скорости Vв=6м/с. Принимаем для дальнейшего расчета это значение.
Максимальная мощность теплорассеяния для радиаторов этого типа dP=80Вт.
Для наших 2х штук максимальных 160 Вт - вполне достаточная величина.

Продолжение теории следует.

Практика
Приобретено:
- Помпа, водоблок, 4шт элементов ТЕС1-12706;
- два CPU-радиатора: GlacialTech Igloo 7200 для s754/939/AM2 и сток-Intel s478;
- термоклей Stars-922 (5гр/тюбик)
Отковыриваем вентиляторы, они пригодятся позже.
Отмываем с мылом поверхности.
Склеиваем!
Прижимаем грузом на 12 часов.

Кондиционер предазначен для поддержания заданной температуры (режимы работы и охлаждение, и нагрев) в замкнутом объеме. Кондиционер изготовлен на базе термоэлектрических охлаждающих модулей — элементов Пельтье. Варианты использования данного термоэлектрического кондиционера:

• кондиционер для транспорта
• кондиционер для кунга
• кондиционер для яхты
• кондиционер для лифта

Принцип работы термоэлектрического кондиционера основан на использовании термоэлектрических эффектов, возникающих в полупроводниках.

Термоэлектрические кондиционеры применяются там, где особенно важна высокая надежность, необслуживаемость, долгий срок службы, компактность и отсутствие в составе хладагентов из соображений безопасности.

В таблице приведены технические данные для модели термоэлектрического кондиционера, который можно купить на нашем сайте STELCO-A. Этот кондиционер предназначен для применения в шкафах электроники с целью поддержания заданного диапазона температур, и работает как в режиме охлаждения, так и в режиме нагрева. В основе кондиционера заложены высокоэффективные термоэлектрические охлаждающие модули — элементы Пельтье

Возможно изготовление кондиционеров с другими показателями мощности. Более подробную информацию об этом термоэлектрическом кондиционере, а также купить его, вы можете на других страницах нашего сайта. Для информации о ценах, условиях поставки, комплектации обращайтесь на наш e-mail с запросами.

Некоторые примеры применения термоэлектрических систем охлаждения:

Кондиционеры для машинистов метро и кабин электровозов;

Термостат для международной космической станции;

Кондиционеры для танков;

Кондиционеры для подводных лодок;

Кондиционеры сидений для автомобилей класса «люкс»;

Мавзолеи (Москва, Пхеньян);

Холодильники ПЗС матриц спутников;

Кондиционеры телекоммуникационных шкафов;

Термостабилизация лазеров.

СХЕМА РАБОТЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ

В целях обеспечения комфортного климата внутри транспорта может быть использована термоэлектрическая установка. Принцип ее работы основан на эффекте Пельтье. При пропускании электрического тока через последовательно соединенные полупроводники p- и n-типа создается тепловой поток.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Данный принцип получения тепла или холода имеет ряд преимуществ перед традиционными холодильными машинами (кондиционерами):

Отсутствует хладагент (любой хладагент является в той или иной степени удушающим или ядовитым веществом);

Отсутствует компрессор, рабочее ядро системы не содержит движущихся частей, а значит повышается надежность устройства;

Для систем «радиатор-радиатор» отсутствует жидкость, а значит невозможны протечки, ведущие к неисправности устройства. Это особенно важно для транспорта, где механические воздействия и экстремально высокие температуры могут выводить из строя традиционные холодильные машины;

Проще обслуживание и выше ремонтопригодность;

В режиме обогрева эффективность расхода электроэнергии выше, чем у резистивных обогревателей (помимо резистивного тепла устройство забирает тепло для обогрева помещения и из окружающей среды);

Система «радиатор-радиатор» сохраняет свою работоспособность даже при сильном повреждении большинства ее частей.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Термоэлектрические климатические системы (кондиционеры на термоэлектрических модулях) являются блочными устройствами, которые легко позволяют набирать необходимую потребителю холодопроизводительность и мощность обогрева. Вы можете купить термоэлектрический кондиционер у нас, заказав необходимые под вашу задачу параметры. В таблице приведены некоторые общие данные.

Стандартные термоэлектрические модули имеют взаимообратный принцип действия. В этой статье мы расскажем о применении модулей Пельтье-Зеебека в теплообменных устройствах и приведём пример сборки кулера для воды и базовой охлаждающей системы для воздуха с возможностью обратного запуска (нагрева).

Принцип действия термоэлектрических модулей (ТЭМ), используемых для охлаждения, основан на эффекте Зеебека — обратном процессе относительно эффекта Пельтье. Основной элемент — всё тот же ТЭМ, описанный в первой части . При подаче постоянного тока на поле термопар наблюдается разность температур на плоскостях керамической пластины. Это факт, основанный на термодинамическом процессе, который мы описывать не будем (чтобы не утомлять научными выкладками), но покажем, как применить его в быту.

Примечание. Для постройки агрегатов, инструкции к которым приведены ниже, понадобятся базовые практические навыки сборки электрических цепей. Приведённые модели узлов являются примерными и могут быть заменены на аналогичные (или более/менее мощные) по усмотрению мастера.

Как самостоятельно изготовить кулер для охлаждения воды

Догадливый читатель уже понял, что «чудо-ковшик» из первой части можно использовать для охлаждения жидкости, если запустить его «в обратную сторону», подключив постоянный ток.

ТЭМ применены в каждом кулере для воды. Аналог этого заводского прибора вполне можно построить своими руками, при этом работать он будет не хуже. Мы опишем сам принцип работы и схему сборки. Компоновку и варианты исполнения можно подобрать, исходя из собственных потребностей. Например, сделать его переносным или стационарным, интегрированным в кухонную мебель или систему подготовки питьевой воды. Последний вариант оптимален, поскольку охлаждение в системе будет управляемым (по факту подачи питания).

Для этого нам понадобится:

1. Прямоугольная плоская герметичная ёмкость из нержавейки с размерами 100х100х30 (фляга-теплообменник) с резьбовыми выходами на ½ дюйма по коротким сторонам. Это единственный элемент, изготовление которого лучше заказать мастеру на заводе.
2. Подводка питьевой воды с фитингом на ½ дюйма (из ёмкости или водопровода).
3. Блок питания на 10-12 вольт с регулировкой силы тока.
4. Термоэлектрические модули TEC1-12705 (40x40) — 2 шт.
5. Провода сечением 0,2 мм.
6. Термоклей или термопаста.
7. Ключ на 2 канала (тумблер, кнопка).
8. Кран, паяльник, припой.

При помощи термоклея фиксируем ТЭМ на флягу. Соединяем провода по соответствующим группам (плюс и минус). Определяем удобное место расположения ключа, учитывая возможность замены при ремонте и доступность при использовании. Включаем его в схему. Присоединяем провода к блоку питания. Проводим испытания цепи.

Внимание! При испытаниях ограничьтесь наблюдением самого факта правильной работы, но не пытайтесь дать максимальную нагрузку насухую — это может привести к выходу из строя ТЭМ (ремонту не подлежит).

Затем соединяем входной фитинг фляги-теплообменника с каналом подачи воды, а выходной — с подводкой (гибкой или жёсткой) к крану.

Заполняем систему водой и выставляем оптимальную силу тока при нужном напоре струи. Оптимальный напор — чуть сильнее самотёка. Для забора прохладной питьевой воды этого будет вполне достаточно. Остальные нюансы — крепёж, длина проводов, расположение — сугубо индивидуальны в каждом отдельном случае.

Данную базовую систему можно развивать и совершенствовать. Например, установить термостат в теплообменнике и включить его в цепь вместо ключа (тумблера) — подойдёт там, где постоянно нужна вода определённой температуры. Флягу-теплообменник можно выполнить из серебра для дополнительной ионизации воды. Включив в систему повышающий преобразователь постоянного напряжения ЕК-1674, можно сократить расход электроэнергии до минимума.

Расчёт затрат на построение кулера:

В этой системе не задействован ребристый радиатор, т. к. поставленная цель — охлаждение (но не заморозка) небольшого объёма воды (300 мл) — достигается и без него.

Как изготовить мини-холодильник, чиллер или кондиционер на теплоэлектрических модулях своими силами

Более сложная задача — охлаждение воздуха. Если в случае с водой эффективность работы кулера гарантирована разницей плотности сред (вода — воздух), то в случае с однородной средой (воздух — воздух) дело обстоит сложнее. Основная трудность — отвод температуры с горячей стороны поверхности ТЭМ. Точнее — синхронный отвод температуры с обеих поверхностей. Если просто запустить элемент Пельтье-Зеебека, нагретый и охлаждённый воздух смешаются, и температура выровняется.

В замкнутых пространствах малого объёма (до 0,7 м 3) вполне применима система охлаждения на основе ТЭМ с двусторонним воздушным отводом. Это позволяет построить новый охлаждающий бокс или дать вторую жизнь старому холодильнику (морозильной камере). Для этого придётся немного усложнить систему, включив в неё пару отводящих вентиляторов обоюдной мощности, реле температуры, ребристый радиатор и использовать более производительные теплоэлектрические модули.

Нам понадобится (для одной базовой точки охлаждения):

1. ТЭМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 ватт — 1 шт.
2. Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC (или мощнее) — 2 шт.
3. Радиатор HS 036-100 (100x85x25 мм).
4. Термостат ТАМ-133-1м (реле температуры с датчиком).
5. Блок питания постоянного тока 12 вольт, 6 ампер (с регулировкой).
6. Лист дюралюминия.
7. Провода, термопаста, крепёж

В готовом боксе, в верхней части охлаждаемой зоны, делаем прямоугольное окно размерами 100х100 мм. Вырезаем две пластины дюралюминия размерами 130х130 мм и 180х180 мм. Закрепляем вентилятор по центру меньшей пластины таки образом, чтобы оставался продух 1 см. Устанавливаем реле температуры внутри бокса. Монтируем меньшую из пластин изнутри бокса (вентилятором внутрь бокса) на шурупы или клёпки через герметик. Наклеиваем ТЭМы на смонтированную пластину и выводим провода. Вырезаем и выгибаем большую пластину так, чтобы она входила в монтажное отверстие, но при этом оставались бортики для фиксации к стенке бокса снаружи. Закрепляем на неё радиатор и второй вентилятор. Обильно смазываем термопастой ТЭМы и монтируем пластину к стенке бокса через герметик.

Внимание! Обязательно должен быть максимальный контакт площади ТЭМ и пластины!

Собираем электрическую цепь. Рекомендуем включить вентиляторы на постоянную максимальную мощность, а силу тока для ТЭМ — через регулятор. Это обеспечит эффективный съём температуры и перемешивание воздуха при работе в разных режимах (не на полную мощность).

Преимущества данной конструкции:

• бесшумная по сравнению с компрессорными холодильниками работа;
• отсутствие механизмов и движущихся частей, силы трения (нечему ломаться);
• не используются жидкие теплоносители (фреон);
• общая потребляемая мощность около 200 ватт;
• можно модернизировать конструкцию, варьировать производительность;
• доступность и ремонтопригодность отдельных агрегатов.

Недостатки:

• возможно появление конденсата на пластинах дюралюминия;
• наружный блок управления;
• многие факторы и нюансы работы выявляются опытным путём при использовании;
• малая область применения.

Расчёт затрат на построение базовой охлаждающей системы холодильника и кондиционера:

Наименование	Ед. изм.	Кол-во	Цена ед./руб.	Ст-ть, руб.
ТЭМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 ватт	шт.	1	600	600
Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC	шт.	2	150	300
Дюралюминий 3 мм	шт.	1	300	300
Блок питания постоянного тока	шт.	1	300	300
Термостат ТАМ-133-1м	шт.	1	250	250
Радиатор HS 036-100	шт.	1	220	220
Провода, термопаста, крепёж, припой	-	-	300	300
Итого				2270

В принципе, данная конструкция — готовый встраиваемый кондиционер, который можно установить в кабине автомобиля, трактора, в закрытом вольере или будке охраны. Следует лишь продумать конструктивную защиту от атмосферных осадков.

Запас мощности модуля ТЕС1-12712 довольно велик. Амплитуда температур на сторонах элемента может достигать 50 градусов. При температуре воздуха в помещении +27 °С и применении системы жидкостного охлаждения (радиатор + вентилятор), можно извлечь на выходе впечатляющие минус 25 °С! Это позволяет создавать бескомпрессорные и тихие морозильные камеры даже в домашних условиях.

Где ещё применяют термоэлектрические модули

Эффект Пельтье-Зеебека известен с 1840-х годов. Его активно используют и по сей день, благодаря устойчивости законов физики. Термоэлектрическому модулю всегда найдётся место там, где есть избыточная энергия или нужно быстро и бесшумно совершить теплообмен.

Основное применения теплоэлектрических модулей:

1. Охлаждение микросхем. Вентиляторы, как основной теплообменник, уходят в прошлое. Им на смену идут компактные, бесшумные и практически вечные ТЭМ.
2. Машиностроение. Даже самый современный ДВС выделяет отработавшие газы из камеры сгорания. Инженеры используют их высокую температуру для получения дополнительной энергии при помощи элементов Пельтье. Собранная энергия подаётся обратно в системы двигателя, но уже в виде постоянного тока, что позволяет экономить топливо.
3. Бытовая техника. Всё, что описано выше плюс большинство бытовых приборов, работающих на охлаждение или подогрев (кроме компрессорных холодильников).

И маленький секрет напоследок. Наш модуль имеет почти чудесное свойство — обратимость. Это значит, что при перемене полярности постоянного тока на проводах модуля (с помощью переключателя) горячая и холодная поверхность меняются местами. Кулер превращается в нагреватель, холодильник в тепловую камеру (инкубатор), а кондиционер — в маломощный тепловентилятор. Для этого не придётся изменять схему устройства. Достаточно просто поменять полярность.

Этот принцип использован в устройстве под названием рекуператор. Он представляет собой бокс, состоящий из двух изолированных камер, которые сообщаются между собой при помощи вентиляторов. При помощи модулей Пельтье холодный воздух с улицы подогревается энергией, извлечённой из нагретого воздуха, который отводится из помещения. Приспособление позволяет экономить на отоплении дома.

Виталий Долбинов, рмнт.ру