Предлагаме статия за това как да направите хладилник със собствените си ръце, след като сте разбрали принципа на неговата работа.

Методът за генериране на студ директно зависи от размерите на бъдещото устройство. За големи размери се избира верига с фреон, за малки - електрически елементи на Пелтие.

Важно! Когато правите сами, обърнете внимание на втория вариант, реализиран у дома.

След това нека да разгледаме как сами да направите хладилник за лятна къща и кола, захранван от 12 волта USB. Какво мога да взема от компютър или охладител за вода? Как да сглобим калъф от листов материал? Как се правят хладилниците на амоняк и за ремарке?

Принцип на работа и предимства на охлаждащия елемент Пелтие

По време на работа на преобразувателя на Пелтие двете му части имат различни температури. Когато електрически ток преминава през охладителя, в горната половина се генерира топлина, а в долната половина се генерира студен поток.

Внимание! Можете да закупите охладително устройство в магазин, който продава компютърни компоненти или радиочасти.

Предимствата на такъв хладилник включват липсата на:

• движещи се елементи;
• транспортирани медии;
• шум.

Инструкции за сглобяване на термоелектричен хладилник със собствените си ръце

За да направите хладилник върху елементи на Пелтие със собствените си ръце, прочетете инструкциите стъпка по стъпка. Той очертава подробно стъпките и дава полезни препоръки.

Материали и инструменти

За работа ще ви трябва:

• експандиран полистирол. Подходящи листове с дебелина 50 мм;
• елементът на Пелтие;
• радиатори с охладители. Може да се сваля от старо компютърно оборудване;
• термо паста;
• контролер с температурен сензор;
• монтажна пяна;
• проводници;
• щепсели за свързване към USB автомобил и/или контакт;
• канцеларски нож;
• инструмент за измерване и молив;
• поялник.

Сглобяване на корпуса

За да се осигури геометричната точност на тялото на хладилника, се прави шаблон. Неговите размери трябва да бъдат свързани с необходимия обем на бъдещото устройство. Виното трябва да има височина, достатъчна за поставяне на бутилки.

Внимание! Като шаблон използвайте чертеж на кутия или кутия с подходящ размер.

Начертани елементи:

• нарязани по размер с канцеларски нож;
• свързани помежду си с пяна. За да направите това, елементите с пяна, нанесена върху повърхността им, се свързват и оставят в неподвижно състояние, докато съставът изсъхне напълно. За подобряване на топлоизолационните характеристики стените са направени двойни.

Сглобената кутия се боядисва в избрания цвят на няколко слоя.

С помощта на течни пирони към вътрешната повърхност на хладилното устройство се залепва изолация с алуминиево фолио.

При липса на листове от екструдиран пенополистирол можете да използвате:

• ламинат. Специални канали улесняват сглобяването на конструкцията. Материалът има достатъчна здравина;
• стиропор. Работи добре с режещ инструмент. Устойчив на влага. Хладилник от пяна ще струва по-малко от аналог, изработен от пенополистирол;
• MDF или ПДЧ. Ще е необходима допълнителна обработка поради ниската устойчивост на влага;
• пластмасов. За предпочитане са готови кутии с капаци. Кутия с инструменти или охладител за вода ще свърши работа.

Монтаж на охладителния блок

За да се осигури ефективното протичане на физическите процеси в преносим мини-хладилник, инсталацията се извършва в следната последователност:

• алуминиев профил е монтиран перпендикулярно на страничната стена на кутията отвътре. Ще се използва за пренасяне на студ в интериора;
• към фиксирания алуминиев профил отвътре е прикрепен радиатор, с помощта на който студеният въздух ще се преразпределя във вътрешния обем;
• от външната страна на профила е монтиран елемент на Пелтие. По-добре е да откажете използването на лепило-уплътнител поради ниска ефективност. За предпочитане са винтовете.

За да може хладилникът за кола да осигури необходимите температурни условия, за охлаждане на контейнера се използват три елемента. Като източник на захранване се използва блок от компютър. Ако хладилникът ще бъде свързан към акумулатор на автомобил, ще ви е необходим удължител с контакт за запалка. За контрол на температурата към хладилника е свързан термостат.

Монтажът на елемента Peltier трябва да се извърши при спазване на редица правила. Необходимо:

• спазвайте полярността на проводниците. Неправилното свързване ще доведе до загряване на вътрешността и охлаждане на външната страна;
• отстранете топлината отгоре навреме, като инсталирате охладител. Без него елементът прегрява. Интензивността на отстраняването на въздушния поток определя мощността на системата;
• закрепете правилно изолацията. Характеристиките му определят ефективността на охладителя;
• по време на монтажа трябва да се нанесе термична паста между частите на елемента и изолационната плоча;
• за равномерно разпределение на студа и бързо охлаждане вътре в контейнера, друг охладител е фиксиран върху вътрешната повърхност. Освен това ще предотврати кондензация.

Хладилници от друг вид

Ако имате нужда от фризер, струва си да опитате да сглобите компресорен блок. Характеризира се с бързо и надеждно замразяване. Трудно е да направите такова устройство сами. Трябва да имате определени познания и да разполагате с компресор, изпарител и кондензатор. Такъв агрегат може да се монтира в ремаркето на автомобила, отивайки сред природата.

Има поглъщащи устройства. Те включват:

• генератор, който се доставя със смес, наситена с амоняк. След свързване към захранващата система кипи;

• кондензатор, който отвежда топлината извън хладилника;
• абсорбер, в който поради разликата в налягането амонячно-воден разтвор абсорбира амонячна пара. Процесът е придружен от отделяне на топлина. За да се предотврати прегряване, се охлажда с вода;
• изпарител, в който се отделят пари на хладилен агент;

По този начин най-простата версия на хладилник за кола е устройство, базирано на елементи на Пелтие. Това е най-доброто решение в ситуация, когато термос чанта за пътуване не ви подхожда. Къмпинг, 12 волта, ще бъде подходящ вариант за даване, ако осигурите специален адаптер за 220 V.

Видео: Направи си сам чанта за хладилник

Елементът на Пелтие обикновено се нарича преобразувател, който може да работи при температурна разлика. Това се случва чрез протичането на електрически ток през проводниците през контактите. За това в елементите са предвидени специални плочи. Топлината преминава от едната страна към другата.

Днес тази технология е търсена преди всичко поради значителната мощност за пренос на топлина. В допълнение, устройствата могат да се похвалят с компактност. Радиаторите за много модели са инсталирани слабо. Това се дължи на факта, че топлинният поток се охлажда доста бързо. В резултат на това желаната температура се поддържа постоянно.

Този артикул няма движещи се части. Устройствата работят абсолютно безшумно и това е несъмнено предимство. Трябва също да се каже, че те са в състояние да работят много дълго време, а случаите на повреди се случват изключително рядко. Най-простият тип се състои от медни проводници с контакти и свързващи проводници. Освен това има изолатор от охладителната страна. Обикновено се прави от керамика или

Защо са необходими елементи на Пелтие?

Елементите на Пелтие се използват най-често при производството на хладилници. Обикновено говорим за компактни модели, които могат да се използват например от шофьори на пътя. Въпреки това, областта на приложение на устройствата не свършва. Напоследък елементите на Пелтие се инсталират активно в звуковото и акустично оборудване. Там те са в състояние да изпълняват функциите на охладител.

В резултат на това охлаждането на усилвателя на устройството става без шум. За преносимите компресори елементите на Пелтие са незаменими. Ако говорим за научната индустрия, тогава учените използват тези устройства за охлаждане на лазера. В този случай е възможно да се постигне значителна стабилизация на обучаващата вълна за светодиоди.

Недостатъци на моделите на Пелтие

Изглежда, че такова просто и ефективно устройство е лишено от недостатъци, но те съществуват. На първо място, експертите веднага отбелязаха ниската способност за проникване на модула. Това предполага, че човек ще има определени проблеми, ако иска да охлади устройство, което работи в мрежа от 400 V. В този случай специална диелектрична паста частично ще помогне за решаването на този проблем. Въпреки това, разбивката на тока все още ще бъде висока и намотката на елемента на Пелтие може да не издържи.

Освен това тези модели не се препоръчват за използване в прецизна електроника. Тъй като в дизайна на елемента има метални пластини, чувствителността на транзисторите може да бъде нарушена. Последният недостатък на елемента на Пелтие може да се нарече ниска ефективност. Тези устройства не са в състояние да постигнат значителна температурна разлика.

Регулаторен модул

Изработването на елемент на Пелтие за регулатор направен сам е доста просто. За да направите това, подгответе предварително две метални пластини, както и окабеляване с контакти. На първо място се подготвят проводници за монтаж, които ще бъдат разположени в основата. Обикновено те се купуват с маркировка "PP".

Освен това, за нормално регулиране на температурата, трябва да се осигурят полупроводници на изхода. Те са необходими за бързо предаване на топлината към горната плоча. За да инсталирате всички елементи, трябва да използвате поялник. За да завършите елемента на Пелтие със собствените си ръце, накрая свържете два проводника. Първият е монтиран на долната основа и фиксиран към най-външния проводник. Трябва да се избягва контакт с плочата.

След това прикрепете втория проводник отгоре. Фиксирането също се извършва до краен елемент. За да проверите работата на устройството, използвайте тестер. За да направите това, два проводника трябва да бъдат свързани към устройството. В резултат на това отклонението на напрежението трябва да бъде приблизително 23 V. В тази ситуация много зависи от мощността на регулатора.

Хладилници с термистор

Как да направите елемент на Пелтие със собствените си ръце за хладилник с термистор? Отговаряйки на този въпрос, важно е да се отбележи, че плочите за него са избрани изключително от керамика. В този случай се използват около 20 броя проводници. Това е необходимо, така че температурната разлика да е по-висока. Можете да увеличите до 70%. В този случай е важно да се изчисли

Това може да стане въз основа на мощността на оборудването. В този случай е идеален хладилник с течен фреон. Елементът на Пелтие се монтира директно в близост до изпарителя, който се намира до двигателя. За монтажа му ще ви е необходим стандартен набор от инструменти, както и уплътнения. Те са необходими, за да се предпази моделът от стартовото реле. Така охлаждането на долната част на устройството ще бъде много по-бързо.

За да постигнете температурна разлика (ефект на Пелтие) със собствените си ръце, може да са ви необходими поне 16 проводника. Основното в същото време е надеждно изолиране на проводниците, които ще бъдат свързани към компресора. За да направите всичко правилно, първо трябва да изключите изсушителя на хладилника. Едва след това е възможно да свържете всички контакти. След като инсталацията приключи, границата на напрежението трябва да се провери с тестер. В случай на неизправност на елемента, термостатът преди всичко страда. В някои случаи се случва

Модел за хладилник 15V

Направи си сам хладилник Пелтие се прави с малък.Модулите се монтират основно в близост до радиаторите. За да ги фиксират сигурно, експертите използват ъглите. Елементът не трябва да се опира на филтъра и това трябва да се има предвид.

За да завършите термоелектрическия модул на Peltier със собствените си ръце, долната плоча се избира главно от неръждаема стомана. Проводниците, като правило, се използват с маркировка "PR20". Те могат да издържат на максимално натоварване от 3 А. Максималното отклонение на температурата може да достигне 10 градуса. В този случай ефективността може да бъде 75%.

Елементи на Пелтие в хладилници 24 V

Използвайки елемента на Пелтие, хладилникът може да се направи сам само от проводници с добро уплътнение. В същото време те трябва да бъдат подредени на три реда за охлаждане. Работният ток в системата трябва да се поддържа на 4 A. Можете да го проверите с конвенционален тестер.

Ако използвате керамични плочи за елемента, тогава максималното отклонение на температурата може да се постигне при 15 градуса. Проводниците към кондензатора се монтират само след поставяне на уплътнението. Можете да го фиксирате на стената на устройството по различни начини. Основното в тази ситуация е да не използвате лепило, което е чувствително към температури над 30 градуса.

Елемент Пелтие за автомобилен охладител

За да направите висококачествен автохладилник със собствените си ръце, Пелтие (модул) се избира с плоча, чиято дебелина е не повече от 1,1 мм. Проводниците се използват най-добре от немодулен тип. Също така за работа са необходими медни проводници. Тяхната пропускателна способност трябва да бъде най-малко 4A.

По този начин максималното отклонение на температурата ще достигне 10 градуса, това се счита за нормално. Най-често се използват проводници с маркировка "PR20". Наскоро се показаха като по-стабилни. Подходящи са и за различни контакти. За свързване на устройството към кондензатора се използва поялник. Висококачествен монтаж е възможен само върху уплътнението на релейния блок. Разликите в този случай ще бъдат минимални.

Как да си направим елемент за охладител за питейна вода?

Модулът (елементът) на Пелтие е направен съвсем просто за охладителя със собствените ви ръце. За него е важно да подбере само керамични чинии за него. В устройството се използват най-малко 12 проводника.По този начин съпротивлението ще се поддържа високо. Елементите обикновено се свързват чрез запояване. За свързване към устройството трябва да има два проводника. Елементът трябва да бъде прикрепен в долната част на охладителя. В същото време може да влезе в контакт с капака на устройството. За да се изключат случаите на късо съединение, е важно да се фиксират всички кабели върху решетката или корпуса.

Климатици

Направи си сам модул (елемент) Пелтие се изработва за климатик само с проводници клас PR12. Те са избрани за този бизнес най-вече поради факта, че се справят добре с ниските температури. Максималният модел е в състояние да достави напрежение от 23 V. Индикаторът за съпротивление ще бъде на ниво 3 ома. Температурната разлика достига максимум 10 градуса, а ефективността е 65%. Възможно е да се полагат проводници между листовете само в един ред.

Производство на генератори

Можете да направите генератор с помощта на модул (елемент) на Пелтие със собствените си ръце. Производителността на устройството ще се повиши с общо 10%. Това се постига благодарение на по-голямото охлаждане на двигателя. Максималното натоварване на устройството е 30 A. Поради големия брой проводници съпротивлението може да бъде 4 ома. Температурното отклонение в системата е приблизително 13 градуса. Модулът е прикрепен директно към ротора. За да направите това, първо, изключете централния вал. В много случаи статорът не пречи. За да се предотврати нагряване на намотката на ротора от индуктора, се използват керамични плочи.

Охлаждане на видеокартата на компютъра

За да охладите видеокартата, трябва да подготвите поне 14 проводника. Най-добре е да изберете медни модели. Техният коефициент на топлопреминаване е доста висок. За свързване на устройството към платката се използват проводници от немодулен тип. Моделът е монтиран в близост до охладителя на видеокартата. За да го поправят, те обикновено използват малки

За да ги поправите, можете да използвате обичайните ядки. Появата на прекомерен шум по време на работа показва, че устройството не работи правилно. В този случай е необходимо да се провери целостта на окабеляването. Трябва също да проверите проводниците.

Пелтиер елемент за климатик

За да направите качествено елемент на Пелтие със собствените си ръце за климатик, се използват двойни плочи. Минималната им дебелина трябва да бъде най-малко 1 мм. В този случай можете да се надявате на температурно отклонение от 15 градуса. Производителността на климатиците след оборудване на модулите се повишава средно с 20%. Много в тази ситуация зависи от температурата на околната среда. Трябва също да вземете предвид стабилността на напрежението от мрежата. При малки смущения натоварването на устройството се поддържа с приблизително 4 A.

При запояване на проводници те не трябва да се поставят твърде близо един до друг. За да завършите правилно модулите на Peltier със собствените си ръце, входните и изходните контакти трябва да бъдат инсталирани само на една от двете плочи. В този случай устройството ще бъде по-компактно. Груба грешка в тази ситуация би била свързването на модула директно към блока. Това ще доведе до неизбежно счупване на елемента.

Инсталиране на модула върху кондензатора

За да инсталирате със собствените си ръце, е важно да оцените мощността на кондензатора. Ако не надвишава 20 V, тогава елементът трябва да бъде монтиран с проводници, маркирани "PR30" или "PR26". За да фиксирате модула (елемента) на Пелтие със собствените си ръце върху кондензатора, използвайте малки метални ъгли.

Най-добре е да инсталирате четири от тях от всяка страна. По отношение на производителността, кондензаторът в крайна сметка може да добави плюс 10%. Ако говорим за загуба на топлина, тогава те ще бъдат незначителни. Ефективността на устройството е средно 80%. Модулите не са предназначени за високоволтови кондензатори. В този случай дори голям брой проводници няма да помогнат.

През 1834 г. френският физик Жан Шарл Пелтие, изследвайки ефекта на електричеството върху проводниците, открива много интересен ефект. Ако ток преминава през два различни проводника, разположени в непосредствена близост един до друг, тогава един от тези проводници започва да се нагрява силно, а вторият, напротив, силно се охлажда. Количеството генерирана и погълната топлина зависи пряко от силата и посоката на електрическия ток. Ако промените посоката на тока, тогава студената и горещата страна ще сменят местата си. Малко по-късно това явление беше наречено ефект на Пелтие и беше безопасно забравено поради практическата липса на търсене по това време.

И само след повече от сто години, с настъпването на ерата на полупроводниците, има спешна нужда от компактни, евтини и ефективни охладители. И така, през 60-те години на 20-ти век се появяват първите полупроводникови термоелектрични модули, които се наричат ​​елементи на Пелтие.

В основата на всеки термоелектричен модул е ​​фактът, че различните проводници имат различни нива на електронна енергия. С други думи, един проводник може да бъде представен като област с висока енергия, а вторият проводник като област с ниска енергия. Когато два проводими материала влязат в контакт, по време на преминаването на електрически ток през тях, електрон от нискоенергийна област трябва да отиде в област с висока енергия.

Това няма да се случи, ако електронът не придобие необходимото количество енергия. В момента на поглъщане на тази енергия от електрон мястото на контакт на два проводника се охлажда. Ако промените посоката на тока, напротив, ще се получи ефектът от нагряване на контактната точка.

Могат да се използват всякакви проводници, но този ефект става физически забележим и значим само когато се използват полупроводници. Например, когато металите са в контакт, ефектът на Пелтие е толкова незначителен, че е практически невидим на фона на омично нагряване.

Един термоелектричен модул (ТЕМ), независимо от неговия размер и място на приложение, се състои от различен брой т. нар. термодвойки. Термодвойка е същата тухла, от която е изграден всеки TEM. Състои се от два полупроводника, които се различават по вида на проводимостта. Както знаете, има два вида проводимост p и n тип. Съответно има два вида полупроводници. Тези два различни елемента са свързани в термодвойка с помощта на меден мост. Като полупроводници се използват соли на метали като бисмут, телур, селен или антимон.

ТЕМ - набор от подобни термодвойки, свързани помежду си последователно. Всички термодвойки са разположени между две керамични плочи. плоча Пелтие. Плочите са изработени от нитрид или алуминиев оксид. Директно броят на термодвойките в един елемент може да варира в много широк диапазон, от няколко парчета до няколко стотици или хиляди.

С други думи, елементите на Пелтие могат да бъдат с абсолютно всякаква мощност, от стотни до няколко стотици или хиляди вата. Постоянен ток преминава през всички термодвойки последователно и в резултат на това горната керамична плоча се охлажда, а долната, напротив, се нагрява. Ако промените посоката на тока, тогава плочите ще сменят местата си, горната ще започне да се нагрява, а долната ще се охлади.

Има една особеност в работата на елемента, която се използва активно за подобряване на ефективността на охлаждане на това устройство. Както знаете, когато ток преминава през елемент на Пелтие, възниква температурна разлика между повърхността, която се нагрява, и повърхността, която се охлажда. Така че, ако повърхността, която се нагрява активно, е подложена на принудително охлаждане. Например с помощта на специален охладител това ще доведе до още по-силно охлаждане на повърхността, тоест тази, която се охлажда. В този случай температурната разлика с околния въздух може да достигне няколко десетки градуса.

Предимства и недостатъци

Като всяко техническо устройство, термоелектричен модул има своите предимства и недостатъци:

Проблемът за повишаване на ефективността на ТЕМ се основава на нерешим все още технически пъзел. Свободните електрони всъщност имат двойна природа, която се проявява на практика и те са едновременно носители както на електрически ток, така и на топлинна енергия. В резултат на това високоефективен елемент на Пелтие трябва да бъде направен от материал, който има едновременно две взаимно изключващи се свойства. Този материал трябва да провежда добре електричество и лошо да провежда топлина. Засега такъв материал не съществува в природата, но учените работят активно в тази посока.

Всички термоелектрически модули имат съответните технически характеристики:

Приложение на ТЕМ

Въпреки сериозния недостатък, присъщ на всички елементи на Пелтие без изключение, а именно много ниската ефективност, тези устройства са намерили доста широко приложение както в науката и технологиите, така и в ежедневието.

Термоелектричните модули са важни конструктивни елементи на такива устройства като:

Елемент на Пелтие в ръцете на домашен майстор

Необходимо е да се направи резервация веднага, независимото производство на термоелектричен елемент е най-малкото безсмислена и безполезна задача. Освен ако производителят не е ученик в седми клас и не консолидира знанията, придобити в уроците по физика по този начин.

Много по-лесно да се купи нов термоелектричен елементв съответния магазин. За щастие те са евтини и няма недостиг при избора на конкретен модел. И освен това в тях няма какво да се счупи или износи, всеки термоелемент, свален от стар компютър или климатик за кола, няма да се различава по техническите си характеристики от нов.

Моделът на термодвойка е най-популярен: TEC1-12706. Размерите на това устройство са 40 на 40 милиметра. Състои се от 127 термодвойки, свързани последователно. Проектиран за ток от 5 A, с напрежение на веригата от 12 V. Такъв елемент струва средно от 200 до 300 рубли. Но можете да го намерите за сто, или общо взето за толкова, ако го премахнете от стар компютър или някое друго ненужно устройство.

С помощта на такъв елемент можете да направите поне две много интересни и полезни устройства в домакинството.

Как да си направим хладилник със собствените си ръце

Производството на преносими хладилници, особено за автомобили, се основава изцяло на ефекта на Пелтие. За да направите такова устройство у дома, ще ви трябва:

• Термоелемент марка TEC1-12706. Струва 200 рубли в най-близкия магазин (специализиран).
• Радиатор и вентилатор. Те са взети от стар компютър, който е изпълнил предназначението си.
• Контейнер. Всеки ненужен контейнер, изработен от пластмаса, метал или дърво. Отвън и отвътре такъв контейнер е залепен с топлоспестяващи плочи, изработени от пенополистирол или експандиран полистирол.

Термоелектрическият модул е ​​вграден в капака на контейнера. В този случай потокът от студ ще се появи отгоре надолу, което ще доведе до равномерно охлаждане на контейнера. От вътрешната страна на контейнера към капака му е прикрепен радиатор с помощта на термо паста и фиксиращи болтове.

За да се увеличи мощността на бъдещото хладилно устройство, е възможно да се увеличи броят на термоелементите до два или три или повече. В този случай модулите са залепени един към друг, като се спазва полярността. С други думи, горещата страна на основния елемент е в контакт със студената страна на горния елемент.

Отвън към капака е прикрепен друг радиатор заедно с компютърен охладител. На мястото, където са закрепени радиаторите, трябва да има добра топлоизолация между студената – вътрешна и гореща – външната страна. Необходимо е много внимателно да затегнете горния и долния радиатори с фиксиращи болтове, така че керамичните плочи на термоелементите, разположени между тях, да не се напукат.

Електричеството се свързва чрез захранване, което може да се вземе от стар компютър.

Преносим термоелектричен генератор

Такава мини електроцентрала наистина може да помогне на турист или ловец, когато батериите на всички електронни джаджи се изчерпят в гората. Много е романтично в тази ситуация да вземете няколко сухи чипса и шишарки, да запалите малък огън и да го използвате за зареждане на разредените батерии и в същото време да готвите храна. Това прави възможно да се направи преносим термогенератор, изграден върху термоелемент.

За да изградите това чудо-устройство, имате нужда от преносима печка за къмпинг, която работи на всякакъв вид гориво. В екстремни случаи дори малка свещ или таблетка сух алкохол ще свърши работа.

В печката се прави огън, а отвън с помощта на термо паста към него се прикрепя термоелектричен модул. С помощта на проводници той е свързан към преобразувател на напрежение.

Стойността на получения ток ще зависи пряко от температурната разлика между студената и горещата страна на термоелемента. За ефективна работа е необходима разлика между студената и горещата повърхност от поне 100 градуса.

В този случай трябва да се разбере, че максималната температура е ограничена от температурата на топене на спойката, с която е направен самият модул. Ето защо за такива устройства се използват специални термични модули, които са направени с помощта на специална огнеупорна спойка. При конвенционалните модули температурата на топене на спойка е 150 градуса. В огнеупорните модули спойката започва да се топи при температура от 300 градуса.

Хладилното оборудване се е наложило толкова здраво в живота ни, че дори е трудно да си представим как е възможно без него. Но класическите дизайни на хладилен агент не са подходящи за мобилна употреба, например като хладилна чанта за пътуване.

За целта се използват инсталации, в които принципът на действие се основава на ефекта на Пелтие. Нека поговорим накратко за това явление.

Какво е?

Този термин се отнася до термоелектричен феномен, открит през 1834 г. от френския натуралист Жан-Шарл Пелетие. Същността на ефекта е отделянето или поглъщането на топлина в зоната, където се допират различни проводници, през които преминава електрически ток.

В съответствие с класическата теория съществува следното обяснение на явлението: електрически ток прехвърля електрони между метали, които могат да ускорят или забавят тяхното движение в зависимост от разликата в контактния потенциал в проводниците, изработени от различни материали. Съответно, с увеличаване на кинетичната енергия, тя се превръща в топлина.

На втория проводник се наблюдава обратният процес, изискващ попълване на енергия, в съответствие с основния закон на физиката. Това се дължи на топлинни флуктуации, които причиняват охлаждане на метала, от който е направен вторият проводник.

Съвременните технологии позволяват производството на полупроводникови елементи-модули с максимален термоелектричен ефект. Има смисъл да говорим накратко за техния дизайн.

Устройство и принцип на действие

Съвременните модули са конструкция, състояща се от две изолационни плочи (обикновено керамични), с термодвойки, свързани последователно между тях. Опростена диаграма на такъв елемент може да се намери на фигурата по-долу.

Обозначения:

• A - контакти за свързване към източник на захранване;
• B е горещата повърхност на елемента;
• C - студена страна;
• D - медни проводници;
• E е полупроводник, базиран на p-преход;
• F е полупроводник от n-тип.

Дизайнът е направен по такъв начин, че всяка страна на модула е в контакт с p-n или n-p връзки (в зависимост от полярността). Контактите p-n се нагряват, n-p се охлаждат (виж фиг. 3). Съответно, температурна разлика (DT) възниква от страните на елемента. За наблюдател този ефект ще изглежда като пренос на топлинна енергия между страните на модула. Трябва да се отбележи, че промяната в полярността на захранването води до промяна на горещите и студените повърхности.

Ориз. 3. A - гореща страна на термодвойка, B - студена страна

Спецификации

Характеристиките на термоелектричните модули се описват със следните параметри:

• капацитет на охлаждане (Q max), тази характеристика се определя на базата на максимално допустимия ток и температурната разлика между страните на модула, измерена във ватове;
• максималната температурна разлика между страните на елемента (DT max), параметърът е даден за идеални условия, мерната единица е градуси;
• допустима сила на тока, необходима за осигуряване на максимална температурна разлика - I max;
• максималното напрежение U max, необходимо за тока I max, за да достигне пиковата разлика DT max;
• вътрешното съпротивление на модула - Resistance, се посочва в омове;
• коефициент на ефективност - COP (съкращение от английски - коефициент на производителност), всъщност това е ефективността на устройството, показващо съотношението на охлаждане към консумация на енергия. За евтини елементи този параметър е в диапазона от 0,3-0,35, за по-скъпи модели се доближава до 0,5.

Маркиране

Помислете как се дешифрира типичната маркировка на модулите, като използвате примера на фигура 4.

Фиг. 4. Модул на Пелтие с надпис TES1-12706

Маркирането е разделено на три значими групи:

1. Обозначение на елемента. Първите две букви винаги са непроменени (TE), което показва, че това е термоелемент. Следващият показва размера, може да има букви "C" (стандартни) и "S" (малки). Последната цифра показва колко слоя (каскади) има в елемента.
2. Броят на термодвойките в модула показан на снимката е 127.
3. Стойността на номиналния ток в ампери имаме - 6 A.

Маркировките на други модели от серията TEC1 се четат по същия начин, например: 12703, 12705, 12710 и др.

Приложение

Въпреки доста ниската ефективност, термоелектричните елементи се използват широко в измервателните, компютърните и домакинските уреди. Модулите са важен оперативен елемент на следните устройства:

• мобилни хладилни агрегати;
• малки генератори за генериране на електричество;
• охладителни системи в персонални компютри;
• охладители за охлаждане и нагряване на вода;
• обезвлажнители и др.

Нека дадем подробни примери за използването на термоелектрични модули.

Хладилник върху елементи на Пелтие

Термоелектрическите хладилни агрегати са значително по-ниски по производителност от компресорните и абсорбционните колеги. Но те имат значителни предимства, което прави използването им целесъобразно при определени условия. Тези предимства включват:

• простота на дизайна;
• устойчивост на вибрации;
• липса на движещи се елементи (с изключение на вентилатора, който издухва радиатора);
• ниско ниво на шум;
• малки размери;
• способност за работа на всяка позиция;
• дълъг експлоатационен живот;
• малка консумация на енергия.

Тези характеристики са идеални за мобилни инсталации.

Елемент на Пелтие като генератор на електричество

Термоелектрическите модули могат да работят като генератори на електричество, ако една от страните им е подложена на принудително нагряване. Колкото по-голяма е температурната разлика между страните, толкова по-висок е токът, генериран от източника. За съжаление, максималната температура за термогенератора е ограничена, тя не може да бъде по-висока от точката на топене на спойката, използвана в модула. Нарушаването на това условие ще доведе до повреда на елемента.

За серийно производство на термогенератори се използват специални модули с огнеупорна спойка, които могат да се нагряват до температура от 300°C. В обикновените елементи, например TEC1 12715, границата е 150 градуса.

Тъй като ефективността на такива устройства е ниска, те се използват само в случаите, когато не е възможно да се използва по-ефективен източник на електрическа енергия. Независимо от това, топлинните генератори с мощност 5-10 W са търсени сред туристи, геолози и жители на отдалечени райони. Големи и мощни стационарни инсталации, работещи на високотемпературно гориво, се използват за захранване на газоразпределителни агрегати, оборудване на метеорологични станции и др.

За охлаждане на процесора

Сравнително наскоро тези модули започнаха да се използват в охладителни системи за процесора на персонални компютри. Като се има предвид ниската ефективност на термоелементите, ползите от такива структури са доста съмнителни. Например, за да охладите източник на топлина с мощност 100-170 W (съответстващо на повечето съвременни модели процесори), ще трябва да изразходвате 400-680 W, което изисква инсталиране на мощно захранване.

Вторият капан е, че ненатоварен процесор ще излъчва по-малко топлинна енергия и модулът може да го охлажда под точката на оросяване. В резултат на това ще започне да се образува конденз, което гарантирано ще деактивира електрониката.

Тези, които решат сами да създадат такава система, ще трябва да извършат серия от изчисления, за да изберат мощността на модула за конкретен модел процесор.

Въз основа на гореизложеното не е изгодно да се използват тези модули като система за охлаждане на процесора, освен това те могат да причинят повреда на компютърното оборудване.

Съвсем различно е положението при хибридните устройства, където термичните модули се използват заедно с водно или въздушно охлаждане.

Хибридните охладителни системи се оказаха ефективни, но високата цена ограничава кръга им от почитатели.

Климатик на елементи Пелтие

Теоретично такова устройство ще бъде конструктивно много по-просто от класическите климатични системи, но всичко се свежда до ниска производителност. Едно е да охладите малък обем хладилник, друго е стая или интериор на кола. Климатиците, базирани на термоелектрически модули, ще консумират повече електроенергия (3-4 пъти), отколкото оборудването, работещо на хладилен агент.

Що се отнася до използването като автомобилна климатична система, мощността на стандартния генератор няма да е достатъчна за работа с такова устройство. Замяната му с по-производително оборудване ще доведе до значителен разход на гориво, което не е рентабилно.

В тематични форуми периодично възникват дискусии по тази тема и се разглеждат различни домашно приготвени дизайни, но все още не е създаден пълноценен работещ прототип (без да броим климатика за хамстер). Напълно възможно е ситуацията да се промени, когато модулите с по-приемлива ефективност станат широко достъпни.

За охлаждаща вода

Термоелектрическият елемент често се използва като охладител за водни охладители. Конструкцията включва: охлаждащ модул, контролер, управляван от термостат и нагревател. Такова изпълнение е много по-просто и по-евтино от веригата на компресора, освен това е по-надеждно и по-лесно за работа. Но има и някои недостатъци:

• водата не се охлажда под 10-12°C;
• охлаждането отнема повече време от аналога на компресора, следователно такъв охладител не е подходящ за офис с голям брой служители;
• устройството е чувствително към външна температура, в топла стая водата няма да се охлади до минималната температура;
• не се препоръчва монтаж в прашни помещения, тъй като вентилаторът може да се запуши и охлаждащият модул да се повреди.

Настолен охладител за вода, използващ елемент на Пелтие

Въздушна сушилня върху елементи на Пелтие

За разлика от климатика, изпълнението на сушилня за въздух върху термоелектрически елементи е напълно възможно. Дизайнът е доста прост и евтин. Охлаждащият модул понижава температурата на радиатора под точката на оросяване, което води до утаяване на влагата във въздуха, преминаващ през устройството. Утаената вода се изхвърля в специален резервоар за съхранение.

Въпреки ниската ефективност, в този случай ефективността на устройството е доста задоволителна.

Как да се свържете?

Няма да има проблеми със свързването на модула, необходимо е да се приложи постоянно напрежение към изходните проводници, стойността му е посочена в листа с данни на елемента. Червеният проводник трябва да бъде свързан към плюса, черният проводник към отрицателния. Внимание! Обръщането на полярността разменя охладените и нагрятите повърхности.

Как да проверите ефективността на елемента на Пелтие?

Най-лесният и надежден начин е тактилният. Необходимо е да свържете модула към подходящ източник на напрежение и да докоснете различните му страни. За работещ елемент единият от тях ще бъде по-топъл, другият по-студен.

Ако подходящ източник не е под ръка, ще ви трябва мултицет и запалка. Процесът на проверка е доста прост:

1. свържете сондите към клемите на модула;
2. донесете запалена запалка до една от страните;
3. наблюдавайте показанията на устройството.

В работния модул, когато една от страните се нагрява, се генерира електрически ток, който ще се показва на арматурното табло.

Как да направите елемент на Пелтие със собствените си ръце?

Почти невъзможно е да се направи самостоятелно направен модул у дома, още повече, че няма смисъл, като се има предвид относително ниската им цена (около $4-$10). Но можете да сглобите устройство, което ще бъде полезно при поход, например термоелектричен генератор.

За да стабилизирате напрежението, трябва да сглобите прост преобразувател на IC чипа L6920.

На входа на такъв преобразувател се прилага напрежение в диапазона 0,8-5,5 V, на изхода той ще произведе стабилни 5 V, което е напълно достатъчно за презареждане на повечето мобилни устройства. Ако се използва конвенционален елемент на Пелтие, работният температурен диапазон на нагряваната страна трябва да бъде ограничен до 150 °C. За да не се притеснявате за проследяване, по-добре е да използвате тенджера с вряща вода като източник на топлина. В този случай елементът гарантирано няма да се нагрява над 100 °C.

Полупроводникови хладилници Peltier

Работата на съвременните високопроизводителни електронни компоненти, които формират основата на компютрите, е придружена от значително разсейване на топлината, особено когато те работят в режими на принудителен овърклок. Ефективната работа на такива компоненти изисква адекватни средства за охлаждане, за да се осигурят необходимите температурни условия за тяхната работа. По правило такива средства за поддържане на оптимални температурни условия са охладители, базирани на традиционни радиатори и вентилатори.

Надеждността и производителността на такива инструменти непрекъснато се подобряват благодарение на усъвършенстването на техния дизайн, използването на най-новите технологии и използването на различни сензори и контроли в състава им. Това дава възможност за интегриране на такива инструменти в компютърните системи, осигуряващи диагностика и контрол на тяхната работа с цел постигане на най-голяма ефективност при осигуряване на оптимални температурни условия за работа на компютърните елементи, което повишава надеждността и удължава безпроблемната им работа.

Параметрите на традиционните охладители непрекъснато се подобряват, но напоследък такива специфични средства за охлаждане на електронни елементи като полупроводниковите хладилници Peltier се появиха на компютърния пазар и скоро станаха популярни (въпреки че думата охладител често се използва, но правилният термин в случай на Пелтие елементи е точно хладилник).

Хладилниците Пелтие, съдържащи специални полупроводникови термоелектрически модули, чиято работа се основава на ефекта на Пелтие, открит още през 1834 г., са изключително перспективни охладителни устройства. Такива инструменти се използват успешно от много години в различни области на науката и технологиите.

През шейсетте и седемдесетте години на миналия век местната индустрия прави многократни опити за производство на домакински малки хладилници, чиято работа се основава на ефекта на Пелтие. Въпреки това, несъвършенството на съществуващите технологии, ниската ефективност и високите цени не позволиха на такива устройства да напуснат изследователските лаборатории и тестовите стендове по това време.

Но ефектът на Пелтие и термоелектричните модули не останаха само на учените. В процеса на усъвършенстване на технологиите много негативни явления са значително намалени. В резултат на тези усилия са създадени високоефективни и надеждни полупроводникови модули.

През последните години тези модули, чиято работа се основава на ефекта на Пелтие, се използват активно за охлаждане на различни електронни компоненти на компютрите. По-специално, те започнаха да се използват за охлаждане на съвременни мощни процесори, чиято работа е придружена от високо ниво на разсейване на топлината.

Благодарение на своите уникални термични и експлоатационни свойства, устройствата, базирани на термоелектрични модули - модули на Пелтие, ви позволяват да постигнете необходимото ниво на охлаждане на компютърните елементи без специални технически затруднения и финансови разходи. Като охладители на електронни компоненти, тези средства за поддържане на необходимите температурни условия за тяхната работа са изключително обещаващи. Те са компактни, удобни, надеждни и имат много висока работна ефективност.

Полупроводниковите хладилници представляват особен интерес като средство за осигуряване на интензивно охлаждане в компютърни системи, чиито елементи са инсталирани и експлоатирани в трудни режими. Използването на такива режими - овърклок (овърклок) често осигурява значително увеличение на производителността на използваните електронни компоненти и, следователно, като правило, цялата компютърна система. Въпреки това, работата на компютърните компоненти в такива режими се характеризира със значително разсейване на топлината и често е на границата на възможностите на компютърните архитектури, както и на съществуващите и използвани микроелектронни технологии. Такива компютърни компоненти, чиято работа е придружена от високо разсейване на топлината, са не само високопроизводителни процесори, но и елементи на съвременни високопроизводителни видео адаптери, а в някои случаи и чипове на модул памет. Такива мощни елементи изискват интензивно охлаждане за правилната им работа дори в нормални режими и още повече в режими на овърклок.

Модули на Пелтие

Хладилниците Пелтие използват конвенционален, така наречен термоелектричен хладилник, чиято работа се основава на ефекта на Пелтие. Този ефект е кръстен на френския часовникар Пелтие (1785-1845), който прави своето откритие преди повече от век и половина – през 1834 година.

Самият Пелтие не е разбрал съвсем същността на открития от него феномен. Истинското значение на явлението е установено няколко години по-късно през 1838 г. от Ленц (1804-1865).

Във вдлъбнатината на кръстовището на две пръчки от бисмут и антимон Ленц постави капка вода. При преминаване на електрически ток в една посока, капка вода замръзва. При преминаване на тока в обратна посока, полученият лед се стопи. Така беше установено, че при преминаване през контакта на два проводника на електрически ток, в зависимост от посоката на последния, освен джауловата топлина, се отделя или поглъща допълнителна топлина, която се нарича топлина на Пелтие. Това явление се нарича феномен на Пелтие (ефект на Пелтие). По този начин това е обратното на явлението Seebeck.

Ако в затворена верига, състояща се от няколко метала или полупроводника, температурите в контактните точки на металите или полупроводниците са различни, тогава във веригата се появява електрически ток. Това явление на термоелектричен ток е открито през 1821 г. от немския физик Зеебек (1770-1831).

За разлика от топлината на Джоул-Ленц, която е пропорционална на квадрата на силата на тока (Q=R·I·I·t), топлината на Пелтие е пропорционална на първата степен на силата на тока и променя знака, когато посоката на последните промени. Топлината на Пелтие, както показват експерименталните изследвания, може да се изрази с формулата:

Qp = P q

където q е количеството пропуснато електричество (q=I t), P е така нареченият коефициент на Пелтие, чиято стойност зависи от естеството на контактуващите материали и тяхната температура.

Топлината на Пелтие Qp се счита за положителна, ако се отделя, и отрицателна, ако се абсорбира.

Ориз. 1. Схема на експеримента за измерване на топлината на Пелтие, Cu - мед, Bi - бисмут.

В представената схема на експеримента за измерване на топлина на Пелтие със същото съпротивление на проводниците R (Cu + Bi), потопени в калориметрите, една и съща джаулова топлина ще се отделя във всеки калориметър, а именно чрез Q=R·I·I·t . Топлината на Пелтие, от друга страна, ще бъде положителна в един калориметър и отрицателна в друг. В съответствие с тази схема е възможно да се измери топлината на Пелтие и да се изчислят стойностите на коефициентите на Пелтие за различни двойки проводници.

Трябва да се отбележи, че коефициентът на Пелтие е силно зависим от температурата. Някои стойности на коефициента на Пелтие за различни двойки метали са представени в таблицата.

Стойности на коефициента на Пелтие за различни метални двойки
железен константан		Медно-никел		Оловно-константан
Т, К	P, mV	Т, К	P, mV	Т, К	P, mV
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

Коефициентът на Пелтие, който е важна техническа характеристика на материалите, обикновено не се измерва, а се изчислява чрез коефициента на Томсън:

P = a T

където P е коефициентът на Пелтие, a е коефициентът на Томсън, T е абсолютната температура.

Откриването на ефекта на Пелтие оказва голямо влияние върху последващото развитие на физиката, а по-късно и на различни области на техниката.

И така, същността на отворения ефект е следната: когато електрически ток преминава през контакта на два проводника, изработени от различни материали, в зависимост от неговата посока, в допълнение към джауловата топлина се отделя или абсорбира допълнителна топлина, която се нарича Пелтие топлина. Степента на проявление на този ефект до голяма степен зависи от материалите на избраните проводници и използваните електрически режими.

Класическата теория обяснява феномена на Пелтие с факта, че електроните, пренасяни от ток от един метал към друг, се ускоряват или забавят от вътрешната контактна потенциална разлика между металите. В първия случай кинетичната енергия на електроните се увеличава и след това се отделя под формата на топлина. Във втория случай кинетичната енергия на електроните намалява и тази загуба на енергия се попълва поради топлинните вибрации на атомите на втория проводник. Резултатът е охлаждане. Една по-пълна теория не взема предвид промяната в потенциалната енергия по време на прехвърлянето на електрон от един метал на друг, а промяната в общата енергия.

Ефектът на Пелтие се наблюдава най-силно при p- и n-тип полупроводници. В зависимост от посоката на електрическия ток през контакта на различни видове полупроводници - p-n- и n-p преходи, поради взаимодействието на заряди, представени от електрони (n) и дупки (p), и тяхната рекомбинация, енергията се поглъща или освободен. В резултат на тези взаимодействия и генерирани енергийни процеси топлината се абсорбира или освобождава. Използването на полупроводници с p- и n-тип проводимост в термоелектрически хладилници е илюстрирано на фиг. 2.

Ориз. 2. Използване на p- и n-тип полупроводници в термоелектрически хладилници.

Комбинирането на голям брой двойки полупроводници p- и n-тип ви позволява да създавате охлаждащи елементи - модули на Пелтие с относително висока мощност. Структурата на полупроводников термоелектричен модул на Пелтие е показана на фиг. 3.

Ориз. 3. Структура на модула Пелтие

Модулът на Пелтие е термоелектричен хладилник, състоящ се от p- и n-тип полупроводници, свързани последователно, образуващи p-n- и n-p-преходи. Всеки от тези преходи има термичен контакт с един от двата радиатора. В резултат на преминаването на електрически ток с определена полярност се образува температурна разлика между радиаторите на модула Пелтие: единият радиатор работи като хладилник, другият радиатор се нагрява и служи за отстраняване на топлината. На фиг. 4 показва външния вид на типичен модул Пелтие.

Ориз. 4. Външен вид на модула Пелтие

Типичен модул осигурява значителна температурна разлика, която е няколко десетки градуса. При подходящо принудително охлаждане на отоплителния радиатор вторият радиатор, хладилникът, дава възможност за постигане на отрицателни температури. За увеличаване на температурната разлика е възможно каскадно свързване на термоелектрически модули на Пелтие, при условие че са достатъчно охладени. Това позволява сравнително прости средства да се получи значителна температурна разлика и да се осигури ефективно охлаждане на защитените елементи. На фиг. 5 показва пример за каскадно свързване на типични модули на Пелтие.

Ориз. 5. Пример за каскадно свързване на модули Пелтие

Охлаждащите устройства, базирани на модули на Пелтие, често се наричат ​​активни охладители на Пелтие или просто охладители на Пелтие.

Използването на модули Peltier в активните охладители ги прави значително по-ефективни от стандартните типове охладители, базирани на традиционни радиатори и вентилатори. Въпреки това, в процеса на проектиране и използване на охладители с модули Peltier е необходимо да се вземат предвид редица специфични особености, произтичащи от дизайна на модулите, техния принцип на работа, архитектурата на съвременния компютърен хардуер и функционалността на системата. и приложен софтуер.

От голямо значение е мощността на модула Пелтие, която по правило зависи от неговия размер. Модулът с ниска мощност не осигурява необходимото ниво на охлаждане, което може да доведе до неизправност на защитения електронен елемент, например процесор поради неговото прегряване. Използването на твърде големи модули обаче може да доведе до падане на температурата на охлаждащия радиатор до нивото на кондензация на влага от въздуха, което е опасно за електронните схеми. Това се дължи на факта, че непрекъснато образуваната в резултат на кондензация вода може да доведе до къси съединения в електронните схеми на компютъра. Тук е уместно да припомним, че разстоянието между проводими проводници на съвременните печатни платки често е част от милиметъра. Въпреки всичко, въпреки всичко, именно мощните модули Peltier като част от високопроизводителни охладители и съответните допълнителни системи за охлаждане и вентилация някога позволиха на KryoTech и AMD в съвместни изследвания да овърклокнат процесори AMD, създадени с помощта на традиционна технология до честота над 1 GHz , тоест да увеличат честотата им на работа почти 2 пъти в сравнение с нормалния режим на работа. И трябва да се подчертае, че това ниво на производителност е постигнато в условия на осигуряване на необходимата стабилност и надеждност на процесорите в принудителни режими. Е, резултатът от такъв екстремен овърклок беше рекорд за производителност сред процесори с архитектура 80x86 и набор от инструкции. И KryoTech направи добри пари, като предложи своите охладителни единици на пазара. Оборудвани с подходяща електроника, те се оказаха търсени като платформи за високопроизводителни сървъри и работни станции. И AMD получи потвърждение за високото ниво на своите продукти и богат експериментален материал за по-нататъшно подобряване на архитектурата на своите процесори. Между другото, подобни проучвания бяха проведени с процесори Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, в резултат на което се получи и значително увеличение на производителността.

Трябва да се отбележи, че модулите на Пелтие отделят относително голямо количество топлина по време на работа. Поради тази причина трябва да използвате не само мощен вентилатор като част от охладителя, но и мерки за намаляване на температурата в корпуса на компютъра, за да предотвратите прегряване на други компютърни компоненти. За да направите това, е препоръчително да използвате допълнителни вентилатори в дизайна на корпуса на компютъра, за да осигурите по-добър топлообмен с околната среда извън корпуса.

На фиг. 6 показва външния вид на активен охладител, който включва полупроводников модул на Пелтие.

Ориз. 6. Външен вид на охладителя с модул Пелтие

Трябва да се отбележи, че охладителните системи на базата на модули на Пелтие се използват не само в електронни системи като компютрите. Такива модули се използват за охлаждане на различни високоточни устройства. Модулите на Пелтие са от голямо значение за науката. На първо място, това се отнася до експериментални изследвания, проведени във физиката, химията и биологията.

Информация за модулите и хладилниците Peltier, както и характеристиките и резултатите от тяхното приложение, можете да намерите на интернет сайтове, например на следните адреси:

Характеристики на работа

Модулите на Пелтие, използвани за охлаждане на електронни компоненти, се характеризират с относително висока надеждност и за разлика от хладилниците, създадени по традиционна технология, те нямат движещи се части. И, както беше отбелязано по-горе, за да се повиши ефективността на тяхната работа, те позволяват каскадно използване, което прави възможно привеждането на температурата на корпусите на защитените електронни елементи до отрицателни стойности дори със значителната им мощност на разсейване.

Въпреки това, в допълнение към очевидните предимства, модулите на Peltier имат и редица специфични свойства и характеристики, които трябва да се вземат предвид при използването им като част от охлаждащите течности. Някои от тях вече са отбелязани, но за правилното приложение на модулите на Пелтие те изискват по-подробно разглеждане. Най-важните характеристики включват следните характеристики на работа:

• Модулите на Пелтие, които отделят голямо количество топлина по време на работа, изискват наличието на подходящи радиатори и вентилатори в охладителя, които могат ефективно да отстраняват излишната топлина от охлаждащите модули. Трябва да се отбележи, че термоелектричните модули се характеризират с относително нисък коефициент на производителност (COP) и, изпълнявайки функциите на термопомпа, самите те са мощни източници на топлина. Използването на тези модули като част от средства за охлаждане на компютърни електронни компоненти води до значително повишаване на температурата вътре в системния блок, което често изисква допълнителни мерки и средства за намаляване на температурата в корпуса на компютъра. В противен случай повишената температура вътре в корпуса създава затруднения за работа не само на защитените елементи и техните охладителни системи, но и на останалите компютърни компоненти. Трябва също така да се подчертае, че модулите на Пелтие са относително мощен допълнителен товар за захранването. Като се вземе предвид стойността на текущата консумация на модулите на Пелтие, мощността на захранването на компютъра трябва да бъде най-малко 250 W. Всичко това води до целесъобразността на избора на ATX дънни платки и корпуси с достатъчна мощност. Използването на тази конструкция улеснява компютърните компоненти да организират оптимални топлинни и електрически режими. Трябва да се отбележи, че има хладилници Peltier със собствено захранване.
• Модулът на Пелтие в случай на повреда изолира охладения елемент от радиатора на охладителя. Това води до много бързо нарушаване на топлинния режим на защитения елемент и ранния му отказ от последващо прегряване.
• Ниските температури, които възникват при работа на хладилници Пелтие с излишна мощност, допринасят за кондензацията на влагата от въздуха. Това представлява опасност за електронните компоненти, тъй като кондензацията може да причини къси съединения между елементите. За да премахнете тази опасност, е препоръчително да използвате хладилници Peltier с оптимална мощност. Дали ще се появи конденз или не зависи от няколко параметъра. Най-важните са: температурата на околната среда (в случая температурата на въздуха вътре в кутията), температурата на охладения обект и влажността на въздуха. Колкото по-топъл е въздухът вътре в корпуса и колкото по-голяма е влажността, толкова по-вероятно е кондензация на влага и последваща повреда на електронните компоненти на компютъра. По-долу е дадена таблица, илюстрираща зависимостта на температурата на кондензация на влага върху охладен обект в зависимост от влажността и температурата на околната среда. С помощта на тази таблица можете лесно да определите дали има опасност от конденз на влага или не. Например, ако външната температура е 25°C и влажността е 65%, тогава кондензация на влага върху охладения обект възниква, когато температурата на повърхността му е под 18°C.

Точка на оросяване

Влажност, %
температура среда, °С	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

В допълнение към тези характеристики е необходимо да се вземат предвид редица специфични обстоятелства, свързани с използването на термоелектрически модули на Пелтие като част от охладители, използвани за охлаждане на високопроизводителни централни процесори на мощни компютри.

Архитектурата на съвременните процесори и някои системни програми предвиждат промяна в консумацията на енергия в зависимост от натоварването на процесорите. Това ви позволява да оптимизирате консумацията им на енергия. Между другото, това се осигурява и от стандартите за пестене на енергия, поддържани от някои функции, вградени в хардуера и софтуера на съвременните компютри. При нормални условия оптимизирането на процесора и неговата консумация на енергия има благоприятен ефект както върху топлинния режим на самия процесор, така и върху общия топлинен баланс. Трябва обаче да се отбележи, че режимите с периодична промяна в консумацията на енергия може да не се комбинират добре със средствата за охлаждане на процесори, използващи модули на Peltier. Това се дължи на факта, че съществуващите хладилници Peltier обикновено са проектирани за непрекъсната работа. В тази връзка най-простите хладилници Peltier, които нямат контроли, не се препоръчват за използване с програми за охлаждане, като например CpuIdle, както и с операционни системи Windows NT / 2000 или Linux.

Ако процесорът премине в режим на ниска мощност и съответно разсейване на топлината, е възможно значително намаляване на температурата на корпуса и чипа на процесора. Преохлаждането на ядрото на процесора в някои случаи може да причини временно спиране на неговата производителност и в резултат на това постоянно замръзване на компютъра. Трябва да се припомни, че според документацията на Intel минималната температура, при която се гарантира правилната работа на масово произвежданите процесори Pentium II и Pentium III, обикновено е +5 °C, въпреки че, както показва практиката, те работят добре дори при по-ниски температури.

Някои проблеми могат да възникнат и в резултат на работата на редица вградени функции, например тези, които управляват вентилаторите на охладителя. По-специално, режимите за управление на мощността на процесора в някои компютърни системи осигуряват промяна на скоростта на охлаждащите вентилатори чрез вградения хардуер на дънната платка. При нормални условия това значително подобрява термичното поведение на компютърния процесор. Въпреки това, в случай на използване на най-простите хладилници на Пелтие, намаляването на скоростта на въртене може да доведе до влошаване на топлинния режим с фатален резултат за процесора вече поради прегряването му от работещия модул Пелтие, който освен изпълнявайки функциите на термопомпа, е мощен източник на допълнителна топлина.

Трябва да се отбележи, че както в случая с компютърните централни процесори, хладилниците Peltier могат да бъдат добра алтернатива на традиционните средства за охлаждане на видеочипсети, използвани в съвременните високопроизводителни видео адаптери. Работата на такива видеочипсети е придружена от значително разсейване на топлината и обикновено не подлежи на резки промени в режимите на работа.

За да премахнете проблеми с режимите на променлива мощност, които причиняват кондензация на влага от въздуха и възможна хипотермия, а в някои случаи дори прегряване на защитени елементи, като компютърни процесори, трябва да откажете да използвате такива режими и редица вградени функции. Въпреки това, като алтернатива, можете да използвате охладителни системи, които осигуряват интелигентно управление на хладилниците Peltier. Такива инструменти могат да контролират не само работата на вентилаторите, но и да променят режимите на работа на самите термоелектрически модули, използвани в активните охладители.

Има съобщения за експерименти за вграждане на миниатюрни модули на Пелтие директно в процесорни чипове за охлаждане на най-критичните им структури. Това решение допринася за по-добро охлаждане чрез намаляване на термичното съпротивление и може значително да увеличи работната честота и производителността на процесорите.

Работата в посока усъвършенстване на системи за осигуряване на оптимални температурни условия за електронни елементи се извършва от много изследователски лаборатории. А охладителните системи, включващи използването на термоелектрически модули на Пелтие, се считат за изключително обещаващи.

Примери за хладилници Пелтие

Сравнително наскоро на компютърния пазар се появиха модули на Пелтие от местно производство. Това са прости, надеждни и сравнително евтини ($7-$15) устройства. По принцип не е включен вентилатор за охлаждане. Независимо от това, такива модули позволяват не само да се запознаят с обещаващи средства за охлаждане, но и да ги използват по предназначение в системите за защита на компютърните компоненти. Ето резюме на една от извадките.

Размер на модула (фиг. 7) - 40×40 mm, максимален ток - 6 A, максимално напрежение - 15 V, консумация на мощност - до 85 W, температурна разлика - повече от 60 °C. Когато е снабден с мощен вентилатор, модулът е в състояние да защити процесора с разсейване на мощност до 40 вата.

Ориз. 7. Външен вид на хладилника PAP2X3B

На пазара има както по-малко, така и по-мощни варианти на домашни модули Peltier.

Обхватът на чуждестранните устройства е много по-широк. По-долу са дадени примери за хладилници, в дизайна на които са използвани термоелектрически модули на Пелтие.

Активни хладилници Peltier от Computernerd

име	Производител/доставчик	Параметри на вентилатора	процесор
PAX56B	Computernerd	сачмен лагер	Pentium/MMX до 200MHz, 25W
PA6EXB	Computernerd	двоен сачмен лагер, тахометър	Pentium MMX до 40W
DT-P54A	Решения на DesTech	двоен сачмен лагер	Pentium
AC-P2	AOC охладител	сачмен лагер	Pentium II
PAP2X3B	Computernerd	3 сачмен лагер	Pentium II
STEP-UP-53X2	Стъпка термодинамика	2 сачмени лагера	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	Computernerd	3 сачмени лагери, тахометър	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	Computernerd	3 сачмени лагери, тахометър	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	Computernerd	3 сачмени лагери, тахометър	Pentium II, Celeron

Хладилникът PAX56B е предназначен за охлаждане на процесори Intel, Cyrix и AMD Pentium и Pentium-MMX, работещи на честоти до 200 MHz. Термоелектрическият модул 30x30 мм позволява на охладителя да поддържа температурата на процесора под 63°C с разсейвана мощност от 25W и температура на околната среда от 25°C. Поради факта, че повечето процесори разсейват по-малко енергия, този охладител ви позволява да поддържате температурата на процесора много по-ниска от много алтернативни охладители, базирани на радиатори и вентилатори. Модулът Peltier, включен в хладилника PAX56B, се захранва от 5 V захранване, способно да осигури ток от 1,5 A (максимум). Вентилаторът на този хладилник изисква напрежение от 12 V и ток от 0,1 A (максимум). Параметри на вентилатора на хладилника PAX56B: сачмен лагер, 47,5 мм, 65 000 часа, 26 dB. Общият размер на този хладилник е 25×25×28,7 мм. Прогнозната цена на хладилника PAX56B е $35. Посочената цена е дадена в съответствие с ценовата листа на фирмата за средата на 2000г.

Хладилникът PA6EXB е предназначен за охлаждане на по-мощни Pentium-MMX процесори с разсейване на мощност до 40W. Този хладилник е подходящ за всички процесори Intel, Cyrix и AMD, свързани чрез Socket 5 или Socket 7. Термоелектрическият модул на Peltier, включен в хладилника PA6EXB, има размери 40 × 40 mm и консумира максимален ток от 8 A (обикновено 3 A) при напрежение 5 B с връзка през стандартен компютърен захранващ конектор. Общият размер на хладилника PA6EXB е 60×60×52,5 мм. При монтажа на този хладилник за добър топлообмен между радиатора и околната среда е необходимо да се осигури отворено пространство около хладилника от най-малко 10 мм отгоре и 2,5 мм отстрани. Охладителят PA6EXB постига температура на процесора от 62,7°C с разсейвана мощност от 40W и температура на околната среда от 45°C. Като се има предвид принципът на работа на термоелектрическия модул, включен в този хладилник, за да се избегне кондензация на влага и късо съединение, е необходимо да се избягва използването на програми, които поставят процесора в режим на заспиване за дълго време. Прогнозната цена на такъв хладилник е $65. Посочената цена е дадена в съответствие с ценовата листа на фирмата за средата на 2000г.

Хладилникът DT-P54A (известен още като PA5B от Computernerd) е предназначен за Pentium процесори. Въпреки това, някои компании, които предлагат тези хладилници на пазара, го препоръчват и на потребителите на Cyrix/IBM 6x86 и AMD K6. Радиаторът, включен в хладилника, е доста малък. Размерите му са 29×29 мм. Хладилникът има вграден температурен сензор, който при необходимост ще Ви уведоми за прегряване. Той също така контролира елемента на Пелтие. Комплектът включва външно устройство за управление. Той изпълнява функциите за наблюдение на напрежението и работата на самия елемент на Пелтие, работата на вентилатора, както и температурата на процесора. Устройството ще генерира аларма, ако елементът или вентилаторът на Пелтие се повреди, ако вентилаторът работи с по-малко от 70% от желаната скорост (4500 RPM) или ако температурата на процесора се е повишила над 145°F (63°C) . Ако температурата на процесора се повиши над 100°F (38°C), тогава елементът на Пелтие се активира автоматично, в противен случай е в деактивиран режим. Последната функция елиминира проблемите, свързани с кондензацията на влага. За съжаление самият елемент е залепен за радиатора толкова плътно, че не може да бъде отделен, без да се разруши неговата структура. Това прави невъзможно монтирането му на друг, по-мощен радиатор. Що се отнася до вентилатора, неговият дизайн се характеризира с високо ниво на надеждност и има високи параметри: захранващо напрежение - 12 V, скорост на въртене - 4500 RPM, скорост на подаване на въздух - 6.0 CFM, консумация на мощност - 1 W, характеристики на шум - 30 dB Този хладилник е доста продуктивен и полезен за овърклок. Въпреки това, в някои случаи на овърклок на процесора, трябва просто да използвате голям радиатор и добър охладител. Цената на този хладилник варира от $39 до $49. Посочената цена е дадена в съответствие с ценовата листа на няколко фирми за средата на 2000г.

Хладилникът AC-P2 е предназначен за процесори тип Pentium II. Комплектът включва 60 мм охладител, радиатор и 40 мм елемент на Пелтие. Слабо подходящ за Pentium II 400 MHz и по-високи процесори, тъй като SRAM чиповете с памет практически не се охлаждат. Прогнозната цена за средата на 2000 г. е $59.

Хладилник PAP2X3B (фиг. 8) е подобен на AOC AC-P2. Към него се добавят два 60 мм охладителя. Проблемите с охлаждането на SRAM остават неразрешени. Трябва да се отбележи, че хладилникът не се препоръчва да се използва заедно с програми за охлаждане, като например CpuIdle, както и под операционни системи Windows NT или Linux, тъй като е вероятно кондензация на влага върху процесора. Прогнозната цена за средата на 2000 г. е $79.

Ориз. 8. Външен вид на хладилника PAP2X3B

Хладилникът STEP-UP-53X2 е оборудван с два вентилатора, които изпомпват голямо количество въздух през радиатора. Прогнозната цена за средата на 2000 г. е $79 (Pentium II), $69 (Celeron).

Серията хладилници Bcool на Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) са проектирани за процесори Pentium II и Celeron, както е показано, и имат подобни маса.

Хладилници от серията BCool

вещ		PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier							PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Препоръчани процесори		Pentium II и Celeron
Брой фенове		3
Тип централен вентилатор		сачмен лагер, тахометър (12 V, 120 mA)
Централен размер на вентилатора		60х60х10 мм
Тип външен вентилатор		Сачмен лагер	Сачмен лагер, тахометър							Сачмен лагер, термистор
Размер на външен вентилатор		60х60х10 мм	60х60х25 мм
Напрежение, ток		12 V, 90 mA	12 V, 130 mA							12V, 80-225mA
Пълно покритие на феновете		84,9 см2
Общ ток за вентилатори (мощност)		300 mA (3,6 W)	380 mA (4,56 W)							280-570 mA (3,36-6,84 W)
Брой щифтове на радиатора (в центъра)		63 дълги и 72 къси
Брой щифтове на радиатора (всеки край)		45 дълги и 18 къси
Общ брой изводи на радиатора		153 дълги и 108 къси
Размери на радиатора (в центъра)		57x59x27 mm (включително термоелектричен модул)
Размери на радиатора (всеки край)		41x59x32 мм
Общи размери на радиатора		145x59x38 mm (включително термоелектрически модул)
Общи размери на хладилника		145х60х50мм	145х60х65мм
Тегло на хладилника		357 грама	416 грама							422 грама
Гаранция		5 години
Прогнозна цена (2000 г.)		$74.95	$79.95							$84.95

Трябва да се отбележи, че групата хладилници BCool включва и устройства, които имат подобни характеристики, но нямат елементи на Пелтие. Такива хладилници са естествено по-евтини, но и по-малко ефективни като средство за охлаждане на компютърните компоненти.

При изготвянето на статията са използвани материалите от книгата "PC: настройка, оптимизация и овърклок". 2-ро изд., преработено. и допълнителни, - Санкт Петербург: BHV - Петербург. 2000. - 336 с.