Дело в том, что кружка с кипятком имея температуру около 99 градусов Цельсия, отдает это тепло на элемент и он не успевает охладиться. Сторона которая находилась на радиаторе была почти такой же горячей как и та на которой стояла кружка, жаль у меня нет термометра чтобы измерить реальную температуру.

Далее был тест с подачей питания на элемент Пельтье. Подавал 7,4 вольта с аккумулятора от радиоуправляемого вертолётика. Одна сторона очень сильно прогрелась, но снизу со всей дури дул кулер пытаясь это всё охладить, а с верху буквально за 30-50 секунд образовался не хилый такой конденсат и плюс был довольно холодным. Я ждал минут десять он не замёрз, потом были попытки теста с аккумулятором литий полимерным от квадрика на 11,1 вольта и ёмкостью 5000 миллиампер (40С).

Сначала одна сторона резко охладилась, сильнее чем при тестах на 7.4 вольта, но потом начала нагреваться, так как обратная сторона тоже так не хило нагрелась, а радиатор от видяхи и кулер от старого ПэКа не справлялись с её охлаждением. Так как эти элементы в середине имеют полупроводники, которые припаяны легкоплавким припоем (который плавиться при температуре около 125 градусов Цельсия) то я решил дальше (читай дольше) не тестировать при 11,1 вольтах, от греха подальше. А подождать нормального процессорного радиатора и сделать ещё один тест.

Но вывод уже могу сделать:

Наличие герметизации Да

Рабочее напряжение, Вольт (V) от 3.7 до 12

Максимальное напряжение, Вольт (V) 15,4 (есть шанс вывести из строя)

Рабочий ток, Ампер (A) 6

Мощность, Ватт (W) 53.3

Максимальная мощность охлаждения, Ватт (W) 53

Источник

Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

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

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

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

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

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

Маркировка

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

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

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

Применение

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

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Термоэлектрический кулер Армада

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Схема подключения самодельного термогенератора

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

Принципиальная схема преобразователя напряжения

На вход такого преобразователя подается напряжение в диапазоне 0,8-5,5 В, на выходе он будет выдавать стабильные 5 В, что вполне достаточно для подзарядки большинства мобильных устройств. Если используется обычный элемент Пельтье, необходимо ограничить рабочий диапазон температуры нагреваемой стороны 150 °С. Чтобы не утруждать себя отслеживанием, в качестве источника тепла лучше использовать котелок с кипящей водой. В этом случае элемент гарантировано не нагреется выше температуры 100 °С.

Источник

Разновидности популярных модулей Пельтье

На площадках современных интернет-магазинов можно встретить самые разные термоэлектрические модули Пельтье. Отличаются они друг от друга температурными характеристиками, электрическими параметрами, размером, а также количеством термопар, установленных внутри модуля. Данные модули применяются как в портативных холодильниках и кондиционерах, так и в любительских поделках.

Стоит отметить, что модули Пельтье бывают однослойными и многослойными, так что вопрос монтажа решается достаточно свободно. В рамках данной статьи мы рассмотрим несколько видов наиболее распространенных термоэлектрических модулей Пельтье, разберемся в их устройстве и сравним параметры.

Здесь изображен типичный однослойный термоэлектрический модуль Пельтье. Две керамические пластины (из оксида алюминия) толщиной менее 1 мм установлены в верхней и в нижней части модуля. Они, подобно печатной плате, служат опорой для внутренних термопар и каркасом для всего модуля.

Керамические пластины обладают высокой теплопроводностью, отличаются прочностью и огнестойкостью. К данным пластинам приклеены медные подложки, к которым припаяны полупроводниковые термопары, соединенные последовательно.

Пайка полупроводниковых термопар, при промышленном производстве модулей Пельтье, осуществляется легкоплавким припоем на специальном оборудовании при температуре в районе 145 ºC, так как полупроводниковые элементы не допускают перегрева. В результате модули получаются неразборными, а по краям обычно наносится силиконовый герметик.

Если любопытства ради все же разобрать такой модуль, то можно четко разглядеть кубики разнородных полупроводников (n-типа и p-типа), припаянные к медным подложкам, и соединенные друг с другом в последовательную цепь змейкой. Легко заметить, что сначала на медные подложки был нанесен легкоплавкий припой, а затем установлены составные части термопар.

В таком исполнении как на приведенном фото, получается 127 p-n- и 127 n-p-переходов, причем все n-p-переходы (для направления тока от плюса к минусу) расположены с одной стороны модуля, а все p-n-переходы — с другой его стороны.

На тех медных шинках где ток идет в направлении n-p-перехода, теплота поглощается (происходит интенсивное охлаждение данной стороны модуля), а там где ток идет в направлении p-n-перехода — эта же (теоретически) теплота выделяется. Таким образом модуль Пельтье переносит тепло с одной керамической пластины — на противоположную.

А вот и двухслойный модуль TEC2-25408, состоящий по сути из двух модулей TEC1-12704, соединенных параллельно, но имеющий размеры 40 на 40 мм и толщину 8 мм. Такой двухслойный охладитель способен дать до 70 Вт холодильной мощности при потреблении 96 Вт электрической мощности.

Его внутреннее сопротивление в выключенном состоянии равно примерно 1,5 Ом. Предельно достижимая разница температур в рабочем режиме составляет 65 ºC. Очевидно, при одной и той же предельной разнице температур с модулем TEC1-12705, двухслойный модуль TEC2-25408 будет охлаждать (перекачивать тепло) в полтора раза быстрее.

Далее представлен четырехслойный модуль TEC4-24603 толщиной 13,6 мм и шириной 40 мм, рассчитанный на напряжение 14,6 вольт и номинальный ток в 3 А. При потребляемой электрической мощности в 44 Вт, данный модуль способен обеспечить холодильную мощность 6,8 Вт и разницу температур до 107 ºC.

Составные элементы включены здесь последовательно. Как и любой модуль Пельтье, данная четырехслойная модель не допускает применения без радиатора более секунды.

Наконец, шестислойный модуль Пельтье TEC6-60506, рассчитанный на номинальное напряжение 30 вольт и ток 6 А. При ширине в 62 мм и толщиной 23 мм, данный модуль электрической мощностью 180 Вт способен обеспечить разницу температур до 100 °C с холодильной мощностью в 10 Вт. Модуль такого типа применим в установках, предназначенных для глубокой заморозки.

Источник

Эксперимент «Давно забытое» или элемент Пельтье (TEC) и двухсекционный кулер (страница 2)

Сборка на стенде

Теперь перейдем к наглядному сбору системы охлаждения с элементом Пельтье, основанной на Noctua NH-D15S. Сам кулер устанавливается на процессор, а на его секции крепятся вентиляторы Noctua NF-A15 PWM (1200 об/мин).

реклама

Расстояние между секциями 35 мм, оно аналогично таковому у Ice Hammer IH-Thor.

Для начала нанесем на наружную поверхность основания термопасту.

Берем модуль Пельтье и наносим с холодной стороны термопасту, в моем случае использовалась Arctic Cooling MX-4. Далее устанавливаем его на основание, тщательно размазав термоинтерфейс круговыми движениями.

реклама

Затем ставим на горячую сторону модуля TEC1-12706 радиатор Ice Blade 100, предварительно намазав на основание термопасту.

На этом сборка системы охлаждения с элементом Пельтье завершена, можно приступить к тестированию.

Отпечаток между DeepCool Ice Blade 100 и поверхностью используемого модуля Пельтье.

Отпечаток между TEC1-12706 и наружной поверхностью основания. Он немного смазан, поскольку пришлось сдвигать элемент в сторону, дабы поддеть для фотосессии.

Отпечаток Noctua NH-D15S на процессоре Intel Core i7-3970X, который подтверждает наличие «горба» у основания нового австрийского суперкулера.

Тестовый стенд, методика тестирования и ПО

реклама

Для данного эксперимента был выбран процессор Intel Core i7-3970X. Забегая вперед, скажу, что мое знакомство с ним состоялось в рамках подготовки к написанию необычной и интересной статьи о ЦП Intel.

В составе тестового стенда используется блок питания Corsair AX1200i мощностью 1200 Ватт с сертификатом качества 80Plus Platinum. Он отличается высоким уровнем КПД и очень высоким уровнем надежности. За охлаждение БП отвечает терморегулируемый вентилятор, который находится в состоянии покоя до того момента, пока нагрузка не превысит 40%. В процессе тестирования вентилятор Corsair AX1200i оставался абсолютно бесшумным, никак не влияя на показатели уровня звукового давления.

Методика тестирования и ПО

Нагрев процессора происходил при помощи программы LinX 0.6.5 с объемом задачи 16 330 Мбайт в течение 10 минут для каждого режима. Для корректности данных между каждым режимом тестирования делалась пятиминутная пауза, во время которой система охлаждения достигала первоначальной температуры (состояние покоя).

реклама

За мониторинг системы отвечали:

Для наглядности используемые программы объединены в таблицу:

Исследование возможностей собранных систем охлаждения проходило при средней температуре в помещении 28 градусов Цельсия, ее минимальное значение составляло 27, а максимальное – 29. При превышении (более 29 и менее 27) этих отметок тестирование не проводилось, поскольку при комнатной температуре в 30°C результаты разнились на 3-5 градусов в большую сторону (по сравнению с 28°C).

Основную часть времени тестирования температура держалась на отметке 28 градусов без каких-либо колебаний. Влажность воздуха в помещении на момент замеров –

реклама

Измерение уровня шума проводилось цифровым шумомером Benetech GM1358 (диапазон измерения 30-130 дБ) с расстояния 12 см. Уровень шума в помещении – 35-36 дБ. Тестирование проводилось ночью, когда присутствие посторонних звуков минимально. Производительность рассматриваемых систем охлаждения будет подгоняться под определенные шумовые нормы, в которых будет проходить тестирование.

Для управления оборотами вентиляторов использовался контроллер Lamptron FC5 V3, регулировка уровня тока на канал 0-12 В, ограничение мощности на канал 30 Вт. Для управления вентиляторами с функцией PWM был взят реобас Zalman ZM-MFC3.

Энергопотребление системы замеряется с помощью блока питания Corsair AX1200i с поддержкой функции Corsair Link.

Результаты тестирования

реклама

Вентиляторы Noctua NF-A15 PWM работали на максимальной скорости, поскольку для того, чтобы охладить маленькую «башню», необходима хорошая продуваемость ее секций.

На графике ниже объединены результаты тестирования уровня шума (первое значение) и температур самого холодного и самого горячего ядер CPU (второе и третье значение соответственно). Для наглядности полученные данные упорядочены по ходу уменьшения температуры.

Уровень шума | Температура

Включите JavaScript, чтобы видеть графики

На следующем графике приведены показатели энергопотребления системы в LinX 0.6.5 при нагрузке на процессор.

Уровень энергопотребления системы

Включите JavaScript, чтобы видеть графики

реклама

Заключение

Итак, тестирование подошло к концу, и мое желание провести данный эксперимент завершилось успехом. Конечно, из–за отсутствия второго участника полноценную картину собрать сложно. Но все же определенные результаты были получены, и на их основе можно сделать выводы.

Да, подобный гибридный кулер однозначно был бы эффективнее своих сородичей без TEC и на этом, пожалуй, все. Теперь начинается куча «но», которые стоит оформить списком:

Как следствие, TEC забыли неспроста, в системах охлаждения для процессоров подобное решение излишне. А если бы его и реализовали, стоимость такого продукта была бы немаленькой, и проще было бы купить хорошую замкнутую СЖО, либо использовать воздушные кулеры.

Источник

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Элемент Пельтье TEC1-12706. Характеристики, применение, условия эксплуатации

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.

Устройство и принцип действия элемента Пельтье.

Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа.

При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте. В результате, участок полупроводника, примыкающий к n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться.

Существует и обратный эффект. При нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.

Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля.

Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля.

Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье может достигать 70 °C.

Надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой. Т.е. чтобы холодная сторона имела низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру.

Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.

Применение.

Термоэлектрические модули Пельтье применяются:

Я, используя элемент Пельтье, сделал холодильник для вина.

Достоинства и недостатки модулей Пельтье.

Как-то неправильно сравнивать элементы Пельтье с компрессорными охлаждающими установками. Совсем разные устройства – большая механическая система с компрессором, газом, жидкостью и маленький полупроводниковый компонент. А больше сравнивать не с чем. Поэтому достоинства и недостатки модулей Пельтье весьма условное понятие. Есть области, в которых они не заменимы, а в других случаях их применение совершенно нецелесообразно.

К достоинству элементов Пельтье можно отнести:

Параметры элементов Пельтье.

Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.

Модули Пельтье – капризные устройства. Их применение сопряжено с рядом требований, не выполнение которых приводит: к деградации модуля или выходу из строя, снижению эффективности системы.

Мною был разработан контроллер элемента Пельтье для холодильника, удовлетворяющим всем этим требованиям. Он:

Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706.

Это самый распространенный тип элемента Пельтье. Используется во многих бытовых приборах. Не дорогой, с неплохими параметрами. Хороший вариант для изготовления маломощных холодильников, охладителей воды и т.п.

Характеристики модуля TEC1-12706 привожу в переводе на русский из документации TEC1-12706.pdf компании производителя – HB Corporation.

Технические параметры TEC1-12706.

Графические характеристики.

Габаритный чертеж модуля TEC1-12706.

Рекомендации по эксплуатации.

Источник