Самодельный автохолодильник на элементах пельтье. Пельтье (элемент) своими руками как сделать? Выбор сечения провода

В этой статье модель автомобильного холодильника, который был изготовлен автором канала Alex Shev своими руками, несмотря на навороченность полученного изделия, всего за три дня. Работает устройство на элементах Пельтье. Ниже, в конце публикации еще одна модель, работающая на той же основе.
Были использованы ряд материалов и деталей.

Работа над изделием

Нарезаем пенопласт с помощью спирали на 1 киловатт и источника питания на 5 вольт. Спираль была закреплена между ножками стола. Склеивал пенопласт монтажной пеной. Вырезаем пазы в крышке, чтобы она не ерзала.

Предполагалось обклеить лоток пенопластом, но проще было сделать коробку из него, а лоток использовать для усиления прочности автомобильного холодильника. Размеры получились 38 X 30 сантиметров, глубина 28. Вместимость 3 бутылки 1,5 литра в ряд. Можно два таких ряда, или 2 на 2 литра рядышком.

В двух радиаторах просверливаем отверстия под термисторы для контроля температуры. На холодном также для крепления. Вырезаем отверстие в крышке автомобильного холодильника и топим теплообменник внутрь на 1 -1,5 сантиметра. Далее с помощью термо проводящего клея скрепляем два элемента Пельтье с радиаторами. На одном как раз помещается два элемента пельтье. Также утепляются зазор между пенопластом и радиатором. В показанном примере использован бестизол.

Собираем вместе, вкручиваем вентиляторы на теплообменник, выполняем монтаж микроконтроллера, ЛСД монитора, реле. Пока только навесным методом.

Посмотрите также крутые модели с бесплатной доставкой в этом китайском магазине . Там же и найдете элементы Пельтье.

Пишем программу для микроконтроллера. Автор этого видео урока использовал вставку отключения элементов Пельтье при температуре горячего радиатора больше 55 градусов. А также при температуре в самом холодильнике меньше 5 градусов. Отключается только сами элементы. Вентилятор и микроконтроллер продолжают работать.

Температура измеряется АЦП преобразователем: на горячем радиаторе, на холодном, в самом холодильнике. Отображается на дисплее.

Питание элементов подается через дополнительное реле только при включенном зажигании (заведенном двигателе), чтобы не посадить аккумулятор.

Дома при проверки температура в автомобильном холодильнике упала до 12 градусов за 1 час и так держалась. Температура горячего радиатора остановилась на 49 градусов. В машине при охлаждении 4 бутылок Мохито и использовании аккумуляторов холода Пельтье отключались на первом часу при 55 градусов горячего теплообменника. А последующее время отключались при температуре внутри меньше 5 градусов. Интервал работы: 4 минуты работает, 1,5 минута отключение.

Выводы:

Автохолодильник- термобокс, сделанный своими руками

Приветствую вас, уважаемые читатели! Так как летом я с семьей много путешествую и регулярно выбираюсь на шашлыки, то ребром встал вопрос хранения продуктов. Как в дальних поездках, так и на один день.
Стало ясно, что без холодильника или термосумки не обойтись. Началось ознакомление с рынком. Самое простое – это термосумки. Термопакеты рассматривать не будем.Мягкие, занимают мало места, легкие, самые дешёвые. Минус для меня-внутри ткань и швы, неудобно стирать. Средняя цена 500-1000 р. Термоконтейнеры. Жесткий пластиковый корпус, удобно мыть. Минусы – занимают место независимо от того, есть продукты внутри или нет. Средняя цена от 2500 р.
И в сумки, и в контейнеры необходимы аккумуляторы холода. Холодильники с элементами Пельтье представляют собой те же самые термоконтейнеры, но с вмонтированной в крышку системой охлаждения. В зависимости от мощности элементов может охлаждать до 20°C от наружной температуры. Питание от электрической сети автомобиля. Минус – если не оборудован системой отключения, может посадить аккумулятор машины. Средняя цена от 3500 р. Компрессорные автомобильные холодильники.Самые серьёзные из всех. Предназначены для длительных путешествий. Могут работать как от электричества, так и от газа. Прекрасно справляются со своими обязанностями. Минус – стоят, как два обычных домашних холодильника. *** Посмотрел я на всё это и решил для того, чтобы понять, что мне надо, сделать холодильник своими руками.

Ну, если точнее, термобокс. Для меня главное, чтобы конденсат нигде не капал и продукты в дороге не давились. Взял лист пеноплекса (утеплитель такой оранжевый). Раскроил. Собрал при помощи саморезов и герметика. Никаких там уголков, изолона сверху, оббивки и покраски. Всё «как есть». Зачем усложнять?

Фото автора канала. На стыках стен и на крыше сделаны вырезы, для уменьшения теплопотерь. Провели ходовые испытания под нагрузкой. С учетом того, что крышка сплошная, то есть каждый раз, когда ты её открываешь, в контейнер попадает теплый воздух, бокс показал себя отлично. Холод держится не менее полутора суток (на одной закладке аккумуляторов холода), с регулярными открываниями. Арбузы, вода, охлажденные продукты, мясо – всё чувствует себя прекрасно. В общем, я пока оставил всё так, как есть, для моих целей отлично подходит. И не жалко, если что. Ничто так не постоянно, как временное. А вы выбирайте, что больше подходит для вас.

Холодильник из пенопласта и модулей Пельтье

Речь в сегодняшней статье пойдет, не о превращении упаковочного пенопласта в клей посредством растворения оного в ацетоне. Сегодня поговорим о самоделке чуть более сложной, но очень полезной в хозяйстве, гараже или же дома. Еще со школьных времен мы знаем об элементе Пельтье, который,при подаче на него некоторого напряжения, выделяет с одной стороны тепло, а с другой холод.
Тот самый элемент, на 75 Ватт.Итак, делать будем мини холодильник, можно назвать его настольным. И, для начала, возьмем тонкий упаковочный пенопласт, и при помощи двустороннего скотча соберем из него коробку с дверцей. Размер коробки берем ориентировочно как 5 литровая бутыль от воды.
Коробка из пенопласта.Далее, собираем главную деталь. К холодной стороне элемента на термо пасту приклеиваем небольшой алюминиевый радиатор от электроники. На горячую сторону приклеиваем на тот же состав радиатор от процессора с вентилятором.
Главный узел устройства.Прорезав отверстие в задней стенке коробки, вставляем внутрь холодный радиатор и приклеиваем весь узел к задней стенке.
Задняя стенка холодильника.Соединяем параллельно концы элемента и вентилятора, подаем 12 Вольт. Ставим пару банок пенного в наш холодильник. Через час употребляем напиток температурой 15 градусов.

Все что нужно знать об автохолодильниках Рыбаку и Автотуристу

Увлекся я домашним виноделием.

Почитал о пользе вина. Поискал полезное вино. Ужаснулся тем, что нам предлагают в магазинах. Даже от Крымских вин никакой пользы. Все пастеризовано, сделано из концентратов, непомерное количество консервантов. Домашние вина безбожно разбавляют, неизвестно в каких условиях их делают…

Решил попробовать сделать вино сам. Получилось просто замечательное виноградное вино. Сухое, почти без сахара, насыщенное, очень полезное, снимает усталость...

Но главное, мне понравился сам процесс изготовления вина. Очень интересно, времени занимает не много. Я именно увлекся виноделием, и, думаю, надолго.

Живу я в многоквартирном доме. Для изготовления вина это не создает абсолютно никаких проблем. У меня большая кладовая, в ней вино бродит, созревает. А вот как хранить вино длительное время не понятно.

Основное требование к хранению вина – низкая температура:

• 10 – 14 °C для сухих вин;
• до 16 °C для десертных;
• максимально допустимая температура 18 °C;
• 24 °C просто убивает вино.
• Не допустимы резкие перепады температуры.

Проблема усугубляется тем, что я предпочитаю сухие вина, которые требуют самой низкой температуры хранения.

Набрал в поисковых системах запросы.

• Хранение домашнего вина.
• Хранение вина в домашних условиях.
• Как хранить вино в квартире.

Единственный реальный совет по этому поводу – купить винный холодильник. Но такие устройства дорогие. Особенно если полезный объем винного холодильника не на 6-8 бутылок, а на несколько баллонов вина. Не думаю, что кто-то изготавливает домашнее вино объемами менее 10-20 л.

Требования к винному холодильнику.

Решил сделать винный холодильник своими руками. Проблема упрощается, относительно традиционных холодильников для продуктов, тем, что:

• Температура в холодильнике для вина может быть 14 °C, и даже устроит 18 °C, в то время как в холодильнике для продуктов 4-5 °C, а в морозилке – 20 °C. Понятно, что на поддержание более высокой температуры необходима меньшая мощность холодильника, меньше требования к теплоизоляции. Достаточно снизить температуру относительно окружающей среды на 5-7 °C.
• К винному холодильнику, установленному в кладовой нет особых требований по внешнему виду. Но если у кого-то такие требования появятся, всегда можно заказать красивый внешний корпус из ламинированного ДСП.
• Холодильник для вина открывается достаточно редко. Это упрощает требования к закрывающей дверце холодильника, вообще к способу закрывания корпуса.

Но есть и определенные требования:

• Не высокая потребляемая мощность, чтобы не разорится на оплате электроэнергии. Я решил, что максимальная потребляемая мощность должна быть не более 15-20 Вт.
• Система управления должна поддерживать температуру с высокой точностью, и главное – без резких колебаний. Релейные терморегуляторы от холодильников здесь совершенно не приемлемы.
• В качестве охлаждающего прибора – . Это накладывает еще специфичные требования на контроллер холодильника. Об этом я напишу в следующей публикации.

Последние два пункта меня нисколько не пугают. Я разрабатывал гораздо более сложные электронные контроллеры. Забегая вперед, скажу, что-что, а получился замечательным. Небольших размеров, достаточно простой, удобный, с высокими характеристиками. Он поддерживает температуру с точностью 0,1 °C, ограничивает мощность на заданном уровне, вырабатывает идеальные сигналы для элемента Пельтье.

Корпус холодильника для вина, выбор теплоизоляционного материала.

Из чего сделать корпус холодильника? Просмотрел статьи по этому вопросу в интернете, подумал, почитал про теплоизоляционные материалы. Пришел к однозначному выводу – корпус надо делать из экструдированного пенополистирола. У этого материала:

• Низкая теплопроводность – 0,031 Вт/(м·°K).
• Достаточно высокая прочность, стойкость к деформациям. Существуют варианты с различной плотностью. От плотности и зависит прочность.
• Он совершенно не боится влаги.
• К тому же пенополистирол легкий, просто обрабатывается, легко клеится.

В отличие от вариантов в интернете, в которых брался подходящий пластиковый корпус и обшивался теплоизоляционным материалом, я решил сделать корпус холодильника из плит пенополистирола и оклеить алюминиевой пленкой.

Расчитал, что мне необходимы плиты толщиной 5 см, но в ближайшем магазине нашел плиты Пеноплэкс толщиной только 4 см. Решил, что для первого опыта подойдет. Их и купил.

С учетом размеров полок в моей кладовой, решил сделать холодильник с полезным объемом, достаточным для хранения четырех пятилитровых баллонов.

Т.е. на 20 литров вина в четырех баллонах. Каждый баллон 5 л, высота 265 мм, диаметр 180 мм. Внутренние размеры холодильника 380 x 360 x 320 мм.

Получился вот такой чертеж деталей для корпуса.

Список деталей.

Выпилили мне эти детали в мебельном цехе за 200 руб. Материал обрабатывается замечательно. Края получились идеально ровными.

Использовал такой клей. Наверное, существует много других вариантов, но этот клей мне понравился.

Осталось склеить детали. Это было не сложно, только слишком много клея на первый шов налил.

Склеил крышку и примерил, пока клей окончательно не высох. Подошла идеально.

Затем я оклеил корпус холодильника снаружи и изнутри алюминиевым скотчем.

Корпус холодильника готов.

Конструкция охлаждающего узла холодильника.

Оптимальная конструкция охлаждающего узла очевидна. Я постарался изобразить, как я ее вижу.

Задача состоит в том, чтобы холод с одной поверхности передать в холодильник на его внутренний радиатор. А другой, внешний радиатор должен отводить тепло с другой поверхности элемента Пельтье.

Боковую стенку холодильника под прямым углом пронизывает алюминиевый брусок сечением 40x40 мм. Через него передается холод внутрь корпуса. В камере к нему прикручивается внутренний радиатор, который охлаждает воздух. С другой стороны к бруску внешним радиатором прижимается элемент Пельтье. Конструкция оптимальная с точки зрения физических процессов:

• Минимальная длина передающего холод бруска.
• Большое сечение, а значит и хорошая теплопроводность бруска.
• Минимальная поверхность контакта холодной части охлаждающего узла с воздухом, а значит минимальные потери.
• Внешний радиатор располагается параллельно боковой стенке, увеличивая ширину всего холодильника только на свою толщину. Толщина радиатора, как правило, меньше других размеров.

Недостатки:

• Боковые поверхности алюминиевого бруска должны быть идеально ровные.
• Требуются сложные фрезерные работы.
• Сложное крепление внешнего и внутреннего радиаторов.

Я инженер электронщик, программист, не механик. Уверен, что механическую конструкцию этого узла многие сделают лучше меня. Пришлите фотографию, если сделаете.

Меня на такой вариант конструкции не хватило. Я сделал более простую, но менее эффективную конструкцию охлаждающего узла.

Она понятна по картинкам.

Внутренний радиатор находится сверху в камере, потому что холодный воздух опускается вниз.

Недостатки такой конструкции очевидны:

• Брусок, передающий холод, маленького сечения, всего 40 x 10 мм.
• Значительная его часть контактирует с теплым воздухом, большие потери. Надо закрывать теплоизолирующими материалами.
• Ширина холодильника увеличивается за счет ширины радиатора. По этой же причине нельзя использовать широкий радиатор.

Ну, что смог. Буду переделывать.

Контроллер для холодильника на элементе Пельтье.

Контроллер получился крайне удачным. Ему будет посвящена . Там я:

• Подробно расскажу о проблемах управления элементом Пельтье.
• Опишу работу контроллера.
• Приведу принципиальную схему контроллера элемента Пельтье.
• Выложу резидентное программное обеспечение.

Сейчас просто скажу, что контроллер:

• Измеряет и стабилизирует температуру воздуха в холодильнике с точностью 0,1 °C.
• Ограничивает потребляемую мощность по заданному значению.
• Контролирует температуру внешнего радиатора и управляет вентилятором.
• Формирует непрерывный ток и напряжение на , сглаживает пульсации и броски напряжения.
• Осуществляет диагностику датчиков температуры и других элементов системы.

Особо хочу отметить, что контроллер не включает и выключает элемент Пельтье для регулирования температуры, а плавно снижает или увеличивает мощность на элементе. Таким образом через элемент Пельтье всегда идет ток, только его значение определяется температурой окружающей среды.

Это позволяет:

• Держать значение температуры стабильным, без малейших скачков.
• У элемента Пельтье ограничено число включений и выключений. Релейные регулятор испортит его за 2 месяца.
• Избежать проблемы связанной с тем, что пластина передающая холод в камеру холодильника, при выключении элемента Пельтье, начинает передавать в него тепло от внешнего радиатора.

Размеры контроллера всего 110 x 90 x 38 мм.

А это весь холодильник.

Испытания и оценка результатов.

Контроллер отображает:

• температуру воздуха в холодильнике;
• температуру радиатора;
• электрическую мощность на элементе Пельтье.

Поэтому испытание проходило без дополнительных приборов. Просто включил холодильник и наблюдал.

При заданной максимальной мощности 15 Вт температура в холодильнике снижается на 6 °C относительно окружающей среды.

В принципе этого уже достаточно для хранения вина. Хотелось лучших результатов, но с учетом недостатков конструкции узла охлаждения, результат получился не плохой.

Тем более, что осталось огромное число резервов для увеличения эффективности холодильника:

• Изменить конструкцию узла охлаждения, как было описано выше.
• Добавить направляющие воздуха для вентилятора.
• Увеличить площадь внешнего и внутреннего радиаторов.
• Увеличить толщину стенок корпуса холодильника хотя бы до расчетной (50 мм).

Уверен, что этим можно значительно повысить эффективность холодильника:

• Добиться более низких температур.
• Снизить потребляемую мощность, хотя 15 Вт мне не кажется большой величиной.

Кстати, все промышленные холодильники для вина содержат второй вентилятор на внутреннем радиаторе. Я думаю, что без него можно обойтись, как сделано в этой разработке.

Что касается стоимости изготовления этой разработки, то я точно не считал, но не думаю, что потратил больше тысячи на материалы для корпуса. Все остальное делал из подручных материалов. Трудно оценить все вместе, думаю, что тысячи в 2-2,5 можно уложиться.

Вы можете добавить в закладки.

Предлагаем статью о том, как изготовить холодильник своими руками, разобравшись в принципе его работы.

Способ выработки холода напрямую зависит от габаритов будущего устройства. При больших размерах выбирают схему с фреоном, при маленьких – электрические элементы Пельтье.

Важно! При самостоятельном изготовлении обратите внимание на второй вариант, реализуемый в домашних условиях.

Далее рассмотрим, как самому сделать холодильник для дачи и машины, работающий от USB на 12 вольт. Что можно взять от компьютера или кулера для воды? Как собрать корпус из листового материала? Как делают холодильники на аммиаке и для прицепа?

Принцип работы и преимущества охлаждающего элемента Пельтье

Во время работы преобразователя Пельтье две его части имеют различную температуру. При прохождении электрического тока через охладитель, на верхней половине вырабатывается тепло, а на нижней – холодный поток.

Внимание! Приобрести охлаждающее устройство можно в магазине, реализующем компьютерные комплектующие либо радиотехнические детали.

К преимуществам такого холодильника стоит причислить отсутствие:

• движущихся элементов;
• транспортируемых сред;
• шума.

Инструкция по сборке термоэлектрического холодильника своими руками

Чтобы изготовить холодильник на элементах Пельтье своими руками, ознакомьтесь с пошаговой инструкцией. В ней подробно расписаны этапы и даны полезные рекомендации.

Материалы и инструмент

Для работы потребуется:

• пенополистирол. Подойдут листы толщиной 50 мм;
• элемент Пельтье;
• радиаторы с кулерами. Можно снять со старой компьютерной техники;
• термопаста;
• регулятор с температурным датчиком;
• монтажная пена;
• провода;
• штекеры для подключения к USB авто и/или розетке;
• канцелярский нож;
• измерительный инструмент и карандаш;
• паяльник.

Сборка корпуса

Чтобы обеспечить геометрическую точность корпуса холодильника, изготавливается шаблон. Его размеры должны соотноситься с необходимым объемом будущего устройства. Винный должен иметь высоту, достаточную для размещения бутылок.

Внимание! В качестве шаблона используют чертеж ящика или коробки подходящего размера.

Вычерченные элементы:

• вырезаются по размеру с помощью канцелярского ножа;
• соединяются между собой с помощью монтажной пены. Для этого элементы с нанесенной на их поверхность пеной соединяют и оставляют в неподвижном состоянии до полного высыхания состава. Для усиления теплоизоляционных характеристик стенки делают двойными.

Собранный короб окрашивается в выбранный цвет несколькими слоями.

К внутренней поверхности холодильного устройства приклеивают утеплитель с алюминиевой фольгой, используя жидкие гвозди.

При отсутствии листов экструдированного пенополистирола можно использовать:

• ламинат. Специальные пазы облегчают сборку конструкции. Материал обладает достаточной прочностью;
• пенопласт. Хорошо обрабатывается режущим инструментом. Влагостоек. Холодильник из пенопласта обойдется дешевле аналога из пенополистирола;
• МДФ или ДВП. Потребуется дополнительная обработка из-за низкой стойкости к воздействию влаги;
• пластик. Предпочтительны готовые боксы с крышками. Подойдет ящик для инструментов или кулер для воды.

Монтаж охлаждающего узла

Для обеспечения эффективного протекания физических процессов внутри переносного мини-холодильника, монтаж выполняют в следующей последовательности:

• перпендикулярно боковой стенке короба изнутри монтируется алюминиевый профиль. Он будет использоваться для передачи холода во внутреннее пространство;
• к зафиксированному алюминиевому профилю изнутри крепится радиатор, с помощью которого будет обеспечиваться перераспределение холодного воздуха по внутреннему объему;
• снаружи на профиль монтируется элемент Пельтье. От использования клея-герметика лучше отказаться из-за низкой эффективности. Предпочтительны шурупы.

Чтобы автомобильный холодильник обеспечил необходимый температурный режим, для охлаждения емкости используют три элемента. В качестве источника питания используют блок от компьютера. Если холодильник будет подключаться к автомобильному аккумулятору, потребуется удлинитель с разъемом для прикуривателя. Для регулирования температуры к холодильнику подключается терморегулятор.

Монтаж элемента Пельтье должен выполняться с соблюдением ряда правил. Необходимо:

• соблюдать полярность проводов. Неправильное подключение приведет к тому, что внутренняя часть будет нагреваться, а наружная – охлаждаться;
• своевременно отводить тепло от верхней части путем установки кулера. Без него элемент перегревается. Интенсивность отвода воздушного потока определяет мощность системы;
• качественно закрепить изоляционную прокладку. Ее характеристики определяют эффективность работы охладителя;
• в процессе монтажа между частями элемента и изоляционной пластиной следует нанести термопасту;
• для равномерного распределения холода и быстрого охлаждения внутри контейнера, на внутренней поверхности закрепляется еще один кулер. Он также будет препятствовать появлению конденсата.

Холодильники другого типа

Если вам нужна морозилка, стоит попытаться собрать компрессорный агрегат. Для него характерна быстрая и надежная заморозка. Самостоятельно изготовить такое устройство сложно. Надо обладать определенными знаниями и иметь в наличии компрессор, испаритель и конденсатор. Такой агрегат можно установить в прицеп машины, отправляясь на природу.

Существуют устройства абсорбционного типа. В их состав входят:

• генератор, в который подается насыщенная аммиаком смесь. После подключения к системе электроснабжения она закипает;

• конденсатор, обеспечивающий отвод тепла за пределы холодильника;
• абсорбер, в котором за счет разницы давлений водоаммиачный раствор поглощает пары аммиака. Процесс сопровождается выделением тепла. Для недопущения перегрева его охлаждают водой;
• испаритель, в котором выделяются пары хладагента;

Таким образом, самый простой вариант холодильника для автомобиля – устройство на элементах Пельтье. Это оптимальное решение в ситуации, когда туристическая сумка-термос не устраивает. Походный, на 12 вольт, станет подходящим вариантом для дачи, если предусмотреть специальный переходник на 220 В.

Видео: сумка холодильник своими руками

Полупроводниковые холодильники Пельтье

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно при эксплуатации их в форсированных режимах разгона (overclocking). Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. Как правило, такими средствами поддержки оптимальных температурных режимов являются кулеры, основой которых являются традиционные радиаторы и вентиляторы.

Надежность и производительность таких средств непрерывно повышаются за счет совершенствования их конструкции, использования новейших технологий и применения в их составе разнообразных датчиков и средств контроля. Это позволяет интегрировать подобные средства в состав компьютерных систем, обеспечивая диагностику и управление их работой с целью достижения наибольшей эффективности при обеспечении оптимальных температурных режимов эксплуатации компьютерных элементов, что повышает надежность и удлиняет сроки их безаварийной работы.

Параметры традиционных кулеров непрерывно улучшаются, тем не менее, в последнее время на компьютерном рынке появились и вскоре стали популярными такие специфические средства охлаждения электронных элементов как полупроводниковые холодильники Пельтье (хотя часто применяется слово кулер, но правильным термином в случае элементов Пельтье является именно холодильник).

Холодильники Пельтье, содержащие специальные полупроводниковые термоэлектрические модули, работа которых основана на эффекте Пельтье, открытом еще в 1834 г., являются чрезвычайно перспективными устройствами охлаждения. Подобные средства уже много лет успешно применяются в различных областях науки и техники.

В шестидесятых и семидесятых годах отечественной промышленностью предпринимались неоднократные попытки выпуска бытовых малогабаритных холодильников, работа которых была основана на эффекте Пельтье. Однако несовершенство существовавших технологий, низкие значения коэффициента полезного действия и высокие цены не позволили в те времена подобным устройствам покинуть научно-исследовательские лаборатории и испытательные стенды.

Но эффект Пельтье и термоэлектрические модули не остались уделом только ученых. В процессе совершенствования технологий многие негативные явления удалось существенно ослабить. В результате этих усилий были созданы высокоэффективные и надежные полупроводниковые модули.

В последние годы данные модули, работа которых основана на эффекте Пельтье, стали активно использовать для охлаждения разнообразных электронных компонентов компьютеров. Их, в частности, стали применять для охлаждения современных мощных процессоров, работа которых сопровождается высоким уровнем тепловыделения.

Благодаря своим уникальным тепловым и эксплуатационным свойствам устройства, созданные на основе термоэлектрических модулей — модулей Пельтье, позволяют достичь необходимого уровня охлаждения компьютерных элементов без особых технических трудностей и финансовых затрат. Как кулеры электронных компонентов, данные средства поддержки необходимых температурных режимов их эксплуатации являются чрезвычайно перспективными. Они компактны, удобны, надежны и обладают очень высокой эффективностью работы.

Особенно большой интерес полупроводниковые холодильники представляют в качестве средств, обеспечивающих интенсивное охлаждение в компьютерных системах, элементы которых, установлены и эксплуатируются в жестких форсированных режимах. Использование таких режимов — разгона (overclocking) часто обеспечивает значительный прирост производительности применяемых электронных компонентов, а, следовательно, как правило, и всей системы компьютера. Однако работа компьютерных компонентов в подобных режимах отличается значительным тепловыделением и нередко находится на пределе возможностей компьютерных архитектур, а также существующих и используемых микроэлектронных технологий. Такими компьютерными компонентами, работа которых сопровождается высоким тепловыделением, являются не только высокопроизводительные процессоры, но и элементы современных высокопроизводительных видеоадаптеров, а в некоторых случаях и микросхемы модулей памяти. Подобные мощные элементы требуют для своей корректной работы интенсивного охлаждения даже в штатных режимах и тем более в режимах разгона.

Модули Пельтье

В холодильниках Пельтье используется обычный, так называемый термоэлектрический холодильник, действие которого основано на эффекте Пельтье. Данный эффект назван в честь французского часовщика Пельтье (1785-1845 г.), сделавшего свое открытие более полутора столетий назад — в 1834 г.

Сам Пельтье не совсем понимал сущность открытого им явления. Истинный смысл явления был установлен несколькими годами позже в 1838 году Ленцем (1804-1865 г.).

В углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы Ленц поместил каплю воды. При пропускании электрического тока в одном направлении капля воды замерзала. При пропускании тока в противоположном направлении образовавшийся лед таял. Тем самым было установлено, что при прохождении через контакт двух проводников электрического тока, в зависимости от направления последнего, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Это явление получило название явления Пельтье (эффекта Пельтье). Таким образом, оно является обратным по отношению к явлению Зеебека.

Если в замкнутой цепи, состоящей из нескольких металлов или полупроводников, температуры в местах контактов металлов или полупроводников разные, то в цепи появляется электрический ток. Это явление термоэлектрического тока и было открыто в 1821 году немецким физиком Зеебеком (1770-1831 г.).

В отличие от тепла Джоуля-Ленца, которое пропорционально квадрату силы тока (Q=R·I·I·t), тепло Пельтье пропорционально первой степени силы тока и меняет знак при изменении направления последнего. Тепло Пельтье, как показали экспериментальные исследования, можно выразить формулой:

Qп = П ·q

где q — количество прошедшего электричества (q=I·t), П — так называемый коэффициент Пельтье, величина которого зависит от природы контактирующих материалов и от их температуры.

Тепло Пельтье Qп считается положительным, если оно выделяется, и отрицательным, если оно поглощается.

Рис. 1. Схема опыта для измерения тепла Пельтье, Cu — медь, Bi — висмут.

В представленной схеме опыта измерения тепла Пельтье при одинаковом сопротивлении проводов R (Cu+Bi), опущенных в калориметры, выделится одно и то же джоулево тепло в каждом калориметре, а именно по Q=R·I·I·t. Тепло Пельтье, напротив, в одном калориметре будет положительно, а в другом отрицательно. В соответствии с данной схемой можно измерить тепло Пельтье и вычислить значения коэффициентов Пельтье для разных пар проводников.

Необходимо отметить, что коэффициент Пельтье находится в существенной зависимости от температуры. Некоторые значения коэффициента Пельтье для различных пар металлов представлены в таблице.

Коэффициент Пельтье, являющийся важной технической характеристикой материалов, как правило, не измеряется, а вычисляется через коэффициент Томсона:

П = a · T

где П — коэффициент Пельтье, a — коэффициент Томсона, T — абсолютная температура.

Открытие эффекта Пельтье оказало большое влияние на последующее развитие физики, а в дальнейшем и различных областей техники.

Итак, суть открытого эффекта заключается в следующем: при прохождении электрического тока через контакт двух проводников, сделанных из различных материалов, в зависимости от его направления, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и используемых электрических режимов.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного метала в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате происходит охлаждение. Более полная теория учитывает изменение не потенциальной энергии при переносе электрона из одного металла в другой, а изменение полной энергии.

Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников p- и n-типа проводимости. В зависимости от направления электрического тока через контакт полупроводников разного типа — p-n- и n-p-переходов вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (p), и их рекомбинации энергия либо поглощается, либо выделяется. В результате данных взаимодействий и порожденных энергетических процессов тепло либо поглощается, либо выделяется. Использование полупроводников p- и n-типа проводимости в термоэлектрических холодильниках иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2. Использование полупроводников p- и n-типа в термоэлектрических холодильниках.

Объединение большого количества пар полупроводников p- и n-типа позволяет создавать охлаждающие элементы — модули Пельтье сравнительно большой мощности. Структура полупроводникового термоэлектрического модуля Пельтье представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структура модуля Пельтье

Модуль Пельтье, представляет собой термоэлектрический холодильник, состоящий из последовательно соединенных полупроводников p- и n-типа, образующих p-n- и n-p-переходы. Каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пельтье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла. На рис. 4 представлен внешний вид типового модуля Пельтье.

Рис. 4. Внешний вид модуля Пельтье

Типичный модуль обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающегося радиатора второй радиатор — холодильник, позволяет достичь отрицательных значений температур. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье при обеспечении адекватного их охлаждения. Это позволяет сравнительно простыми средствами получить значительный перепад температур и обеспечить эффективное охлаждение защищаемых элементов. На рис. 5 представлен пример каскадного включения типовых модулей Пельтье.

Рис. 5. Пример каскадного включения модулей Пельтье

Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье часто называют активными холодильниками Пельтье или просто кулерами Пельтье.

Использование модулей Пельтье в активных кулерах делает их существенно более эффективными по сравнению со стандартными типами кулеров на основе традиционных радиаторов и вентиляторов. Однако в процессе конструирования и использования кулеров с модулями Пельтье необходимо учитывать ряд специфических особенностей, вытекающих из конструкции модулей, их принципа работы, архитектуры современных аппаратных средств компьютеров и функциональных возможностей системного и прикладного программного обеспечения.

Большое значение играет мощность модуля Пельтье, которая, как правило, зависит от его размера. Модуль малой мощности не обеспечивает необходимый уровень охлаждения, что может привести к нарушению работоспособности защищаемого электронного элемента, например, процессора вследствие его перегрева. Однако применение модулей слишком большой мощности может вызвать понижение температуры охлаждающего радиатора до уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных цепей. Это связано с тем, что вода, непрерывно получаемая в результате конденсации, может привести к коротким замыканиям в электронных цепях компьютера. Здесь уместно напомнить, что расстояние между токопроводящими проводниками на современных печатных платах нередко составляет доли миллиметров. Тем не менее, несмотря ни на что, именно мощные модули Пельтье в составе высокопроизводительных кулеров и соответствующие системы дополнительного охлаждения и вентиляции позволили в свое время фирмам KryoTech и AMD в совместных исследованиях разогнать процессоры AMD, созданные по традиционной технологии, до частоты, превышающей 1 ГГц, то есть увеличить их частоту работы почти в 2 раза по сравнению со штатным режимом их функционирования. И необходимо подчеркнуть, что данный уровень производительности достигнут в условиях обеспечения необходимой стабильности и надежности работы процессоров в форсированных режимах. Ну, а следствием такого экстремального разгона явился рекорд производительности среди процессоров архитектуры и системы команд 80х86. А фирма KryoTech неплохо заработала, предлагая на рынке свои установки охлаждения. Снабженные соответствующей электронной начинкой, они оказались востребованными в качестве платформ высокопроизводительных серверов и рабочих станций. А фирма AMD получила подтверждение высокого уровня своих изделий и богатый экспериментальный материал для дальнейшего совершенствования архитектуры своих процессоров. К слову сказать, аналогичные исследования были проведены и с процессорами Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, в результате которых был получен тоже значительный прирост производительности.

Необходимо отметить, что модули Пельтье в процессе своей работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине следует применять не только мощный вентилятор в составе кулера, но и меры для снижения температуры внутри корпуса компьютера для предупреждения перегрева остальных компонентов компьютера. Для этого целесообразно использовать дополнительные вентиляторы в конструктиве корпуса компьютера для обеспечения лучшего теплообмена с окружающей средой вне корпуса.

На рис. 6 представлен внешний вид активного кулера, в составе которого использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Рис. 6. Внешний вид кулера с модулем Пельтье

Следует отметить, что системы охлаждения на основе модулей Пельтье используются не только в электронных системах, таких как компьютеры. Подобные модули применяются для охлаждения различных высокоточных устройств. Большое значение модули Пельтье имеют для науки. В первую очередь это касается экспериментальных исследований, выполняемых в физике, химии, биологии.

Информацию о модулях и холодильниках Пельтье, а также особенностях и результатах их применения можно найти на сайтах в Internet, например, по следующим адресам:

Особенности эксплуатации

Модули Пельтье, применяемые в составе средств охлаждения электронных элементов, отличаются сравнительно высокой надежностью, и в отличие от холодильников, созданных по традиционной технологии, не имеют движущихся частей. И, как это отмечалось выше, для увеличения эффективности своей работы они допускают каскадное использование, что позволяют довести температуру корпусов защищаемых электронных элементов до отрицательных значений даже при их значительной мощности рассеяния.

Однако кроме очевидных преимуществ, модули Пельтье обладает и рядом специфических свойств и характеристик, которые необходимо учитывать при их использовании в составе охлаждающих средств. Некоторые из них были уже отмечены, но для корректного применения модулей Пельтье требуют более детального рассмотрения. К важнейшим характеристикам относятся следующие особенности эксплуатации:

• Модули Пельтье, выделяющие в процессе своей работы большое количество тепла, требуют наличия в составе кулера соответствующих радиаторов и вентиляторов, способных эффективно отводить избыточное тепло от охлаждающих модулей. Следует отметить, что термоэлектрические модули отличаются относительно низким коэффициентом полезного действия (кпд) и, выполняя функции теплового насоса, они сами являются мощными источниками тепла. Использование данных модулей в составе средств охлаждения электронных комплектующих компьютера вызывает значительный рост температуры внутри системного блока, что нередко требует дополнительных мер и средств для снижения температуры внутри корпуса компьютера. В противном случае повышенная температура внутри корпуса создает трудности для работы не только для защищаемых элементов и их систем охлаждения, но и остальным компонентам компьютера. Необходимо также подчеркнуть, что модули Пельтье являются сравнительно мощной дополнительной нагрузкой для блока питания. С учетом значения тока потребления модулей Пельтье величина мощности блока питания компьютера должна быть не менее 250 Вт. Все это приводит к целесообразности выбора материнских плат и корпусов конструктива ATX с блоками питания достаточной мощности. Использование данного конструктива облегчает для комплектующих компьютера организацию оптимальных теплового и электрического режимов. Следует отметить, что существуют холодильники Пельтье с собственным блоком питания.
• Модуль Пельтье, в случае выхода его из строя, изолирует охлаждаемый элемент от радиатора кулера. Это приводит к очень быстрому нарушению теплового режима защищаемого элемента и скорому выходу его из строя от последующего перегрева.
• Низкие температуры, возникающие в процессе работы холодильников Пельтье избыточной мощности, способствуют конденсации влаги из воздуха. Это представляет опасность для электронных компонентов, так как конденсат может вызвать короткие замыкания между элементами. Для исключения данной опасности целесообразно использовать холодильники Пельтье оптимальной мощности. Возникнет конденсация или нет, зависит от нескольких параметров. Важнейшими являются: температура окружающей среды (в данном случае температура воздуха внутри корпуса), температура охлаждаемого объекта и влажность воздуха. Чем теплее воздух внутри корпуса и чем больше влажность, тем вероятнее произойдет конденсация влаги и последующий выход из строя электронных элементов компьютера. Ниже представлена таблица, иллюстрирующая зависимость температуру конденсации влаги на охлаждаемом объекте в зависимости от влажности и температуры окружающего воздуха. Используя эту таблицу, можно легко установить, существует ли опасность конденсации влаги или нет. Например, если внешняя температура 25°C, а влажность 65%, то конденсация влаги на охлаждаемом объекте происходит при температуре его поверхности ниже 18°C.

Температура конденсации влаги

Кроме указанных особенностей, необходимо учитывать и ряд специфических обстоятельств, связанных с использованием термоэлектрических модулей Пельтье в составе кулеров, применяемых для охлаждения высокопроизводительных центральных процессоров мощных компьютеров.

Архитектура современных процессоров и некоторые системные программы предусматривают изменение энергопотребления в зависимости от загрузки процессоров. Это позволяет оптимизировать их энергопотребление. Кстати, это предусмотрено и стандартами энергосбережения, поддерживаемыми некоторыми функциями, встроенными в аппаратно-программное обеспечение современных компьютеров. В обычных условиях оптимизация работы процессора и его энергопотребления благотворно сказывается как на тепловом режиме самого процессора, так и общем тепловом балансе. Однако следует отметить, что режимы с периодическим изменением энергопотребления могут плохо сочетаться со средствами охлаждения процессоров, использующих модули Пельтье. Это связано с тем, что существующие холодильники Пельтье, как правило, рассчитаны на непрерывную работу. В связи с этим, простейшие холодильники Пельтье, не обладающие средствами контроля, не рекомендуется использовать вместе с охлаждающими программами, такими как, например, CpuIdle, а также с операционными системами Windows NT/2000 или Linux.

В случае перехода процессора в режим пониженного энергопотребления и соответственно тепловыделения возможно значительное снижение температуры корпуса и кристалла процессора. Переохлаждение ядра процессора может вызвать в некоторых случаях временное прекращение его работоспособности, и как результат, стойкое зависание компьютера. Необходимо напомнить, что в соответствии с документацией фирмы Intel минимальная температура, при которой гарантируется корректная работа серийных процессоров Pentium II и Pentium III, обычно составляет +5 °C, хотя, как показывает практика, они прекрасно работают и при более низких температурах.

Некоторые проблемы могут возникнуть и в результате работы ряда встроенных функций, например, тех, которые осуществляют управление вентиляторами кулеров. В частности, режимы управления энергопотреблением процессора в некоторых компьютерных системах предусматривают изменение скорости вращения охлаждающих вентиляторов через встроенные аппаратные средства материнской платы. В обычных условиях это значительно улучшает тепловой режим процессора компьютера. Однако в случае использования простейших холодильников Пельтье уменьшение скорости вращения может привести к ухудшению теплового режима с фатальным результатом для процессора уже вследствие его перегрева работающим модулем Пельтье, который кроме выполнения функций теплового насоса, является мощным источником дополнительного тепла.

Необходимо отметить, что, как и в случае центральных процессоров компьютеров, холодильники Пельтье могут быть хорошей альтернативой традиционным средствам охлаждения видеочипсетов, используемых в составе современных высокопроизводительных видеоадаптеров. Работа таких видеочипсетов сопровождается значительным тепловыделением и обычно не подвержена резким изменениям режимов их функционирования.

Для того чтобы исключить проблемы с режимами изменяемого энергопотребления, вызывающих конденсацию влаги из воздуха и возможное переохлаждение, а в некоторых случаях даже перегрев защищаемых элементов, таких как процессоры компьютеров, следует отказаться от использования подобных режимов и ряда встроенных функций. Однако как альтернативу можно использовать системы охлаждения, предусматривающие интеллектуальные средства управления холодильниками Пельтье. Такие средства могут контролировать не только работу вентиляторов, но и изменять режимы работы самих термоэлектрических модулей, используемых в составе активных кулеров.

Появились сообщения об экспериментах по встраиванию миниатюрных модулей Пельтье непосредственно в микросхемы процессоров для охлаждения их наиболее критичных структур. Такое решение способствует лучшему охлаждению за счет снижения теплового сопротивления и позволяет значительно повысить рабочую частоту и производительность процессоров.

Работы в направлении совершенствования систем обеспечения оптимальных температурных режимов электронных элементов ведутся многими исследовательскими лабораториями. И системы охлаждения, предусматривающие использование термоэлектрических модулей Пельтье, считаются чрезвычайно перспективными.

Примеры холодильников Пельтье

Сравнительно недавно на компьютерном рынке появились модули Пельтье отечественного производства. Это простые, надежные и сравнительно дешевые ($7-$15) устройства. Как правило, охлаждающий вентилятор не входит в состав. Тем не менее, подобные модули позволяют не только познакомиться с перспективными средствами охлаждения, но и использовать их по прямому назначению в системах защиты компьютерных компонентов. Вот краткие параметры одного из образцов.

Размер модуля (Рис.7) — 40×40 мм, максимальный ток — 6 А, максимальное напряжение — 15 В, потребляемая мощность — до 85 Вт, перепад температур — более 60 °C. При обеспечении мощного вентилятора модуль способен защитить процессор при рассеиваемой им мощности до 40 Вт.

Рис. 7. Внешний вид холодильника PAP2X3B

На рынке представлены как менее, так и более мощные варианты отечественных модулей Пельтье.

Спектр зарубежных устройств значительно шире. Ниже приведены примеры холодильников, в конструкции которых использованы термоэлектрические модули Пельтье.

Активные холодильники Пельтье фирмы Computernerd

Холодильник PAX56B разработан для охлаждения процессоров Pentium и Pentium-MMX фирм Intel, Cyrix и AMD, работающих на частотах до 200 МГц. Термоэлектрический модуль размером 30×30 мм позволяет холодильнику поддерживать температуру процессора ниже 63 °C при рассеиваемой им мощности 25 Вт и внешней температуре равной 25 °C. В связи с тем, что большинство процессоров рассеивают меньшую мощность, данный холодильник позволяет поддерживать температуру процессора гораздо ниже, чем многие альтернативные кулеры на основе радиаторов и вентиляторов. Питание модуля Пельтье, входящего в состав холодильника PAX56B, осуществляется от источника 5 В, способного обеспечить ток 1,5 А (максимум). Вентилятор данного холодильника требует напряжение 12 В и ток 0,1 А (максимум). Параметры вентилятора холодильника PAX56B: ball-bearing, 47,5 мм, 65000 часов, 26 дБ. Общий размер данного холодильника составляет 25×25×28,7 мм. Ориентировочная цена холодильника PAX56B равна $35. Указанная цена приведена в соответствии с прайс-листом фирмы на середину 2000 г.

Холодильник PA6EXB разработан для охлаждения более мощных процессоров Pentium-MMX, рассеивающих мощность до 40 Вт. Этот холодильник подходит для всех процессоров фирм Intel, Cyrix и AMD, подключаемых через Socket 5 или Socket 7. Термоэлектрический модуль Пельтье, входящий в состав холодильника PA6EXB имеет размер 40×40 мм и потребляет максимум ток 8 А (обычно 3 А) при напряжении 5 В с подключением через стандартный разъем питания компьютера. Общий размер холодильника PA6EXB составляет 60×60×52,5 мм. При установке данного холодильника для хорошего теплообмена радиатора с окружающей средой необходимо обеспечить открытое пространство вокруг холодильника как минимум 10 мм сверху и 2,5 мм по бокам. Холодильник PA6EXB обеспечивает температуру процессора 62,7 °C при рассеиваемой им мощности 40 Вт и внешней температуре 45 °C. Учитывая принцип работы термоэлектрического модуля, входящего в состав данного холодильника, во избежание конденсации влаги и короткого замыкания необходимо избегать использования программ, которые переводят процессор в спящий режим на длительное время. Ориентировочная цена такого холодильника составляет $65. Указанная цена приведена в соответствии с прайс-листом фирмы на середину 2000 г.

Холодильник DT-P54A (также известен под названием PA5B фирмы Computernerd) разработан для процессоров Pentium. Однако некоторые фирмы, предлагающие эти холодильники на рынке, рекомендуют его и пользователям Cyrix/IBM 6x86 и AMD K6. Радиатор, входящий в состав холодильника, достаточно мал. Его размеры 29×29 мм. В холодильник встроен термодатчик, который при необходимости оповестит о перегреве. Он также контролирует элемент Пельтье. В комплект входит внешнее контролирующее устройство. Оно выполняет функции контроля за напряжением и самой работой элемента Пельтье, работой вентилятора, а также температурой процессора. Устройство выдаст сигнал тревоги, если элемент Пельтье или вентилятор вышли из строя, если вентилятор вращается со скоростью меньшей, чем на 70% от необходимого значения (4500 RPM) или же температура процессора поднялась выше 145°F (63°C). Если температура процессора поднялась выше 100°F (38°C), то элемент Пельтье автоматически включается, в противном случае он находится в режиме отключения. Последняя функция ликвидирует проблемы, связанные с конденсацией влаги. К сожалению, сам элемент приклеен к радиатору настолько сильно, что его невозможно отделить, не разрушив его конструкцию. Это лишает возможности установить его на другой, более мощный радиатор. Что касается вентилятора, то его конструкция характеризуется высоким уровнем надежности и он обладает высокими параметрами: напряжение питания — 12 В, скорость вращения — 4500 RPM, скорость подачи воздуха — 6.0 CFM, потребляемая мощность — 1 Вт, шумовые характеристики — 30 дБ. Этот холодильник достаточно производителен и полезен при разгоне. Однако в некоторых случаях разгона процессора следует воспользоваться просто большим радиатором и хорошим кулером. Цена этого холодильника составляет от $39 до $49. Указанная цена приведена в соответствии с прайс-листом нескольких фирм на середину 2000 г.

Холодильник AC-P2 разработан для процессоров типа Pentium II. В комплект входит 60 мм кулер, радиатор и элемент Пельтье размером 40 мм. Плохо подходит к процессорам Pentium II 400 МГц и выше, так как практически не охлаждаются чипы памяти SRAM. Ориентировочная цена на середину 2000 года — $59.

Холодильник PAP2X3B (рис. 8) аналогичен AOC AC-P2. В него добавлены два 60 мм кулера. Проблемы с охлаждением памяти SRAM остались нерешенными. Стоит отметить, что холодильник не рекомендуется использовать вместе с охлаждающими программами, такими как, например, CpuIdle, а также под операционными системами Windows NT или Linux, так как вероятна конденсация влаги на процессоре. Ориентировочная цена на середину 2000 года — $79.

Рис. 8. Внешний вид холодильника PAP2X3B

Холодильник STEP-UP-53X2 оснащен двумя вентиляторами, прокачивающими большое количество воздуха через радиатор. Ориентировочная цена на середину 2000 года — $79 (Pentium II), $69 (Celeron).

Холодильники серии Bcool от Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) разработаны для процессоров Pentium II и Celeron и имеют похожие характеристики, которые представлены в следующей таблице.

Холодильники серии BCool

Следует отметить, что группа холодильников BCool включет в себя также устройства, которые имеют похожие характеристики, но в которых отсутствуют элементы Пельтье. Такие холодильники, естественно, дешевле, но и менее эффективны как средства охлаждения компьютерных комплектующих.

При подготовке статьи были использованы материалы книги "PC: настройка, оптимизация и разгон". 2-е изд., перераб. и доп., — СПб.: BHV — Петербург. 2000. — 336 с.

Во время борьбы за экологичность и достойное существование внимание обращается на мельчайшие детали. Устали от постоянного шума кулера в процессоре – помните, устройство требует охлаждения, иначе BIOS просто вырубит системный блок вместе с операционной системой. А в жару хочется покоя и тишины. Решение найдено. Прежде говорили, что холодильники не исключительно компрессорами живы, созданы альтернативные модели. Подумаем, возможно, удастся собрать холодильник собственными руками.

Предыстория холодильников, или Пособие для изобретателя

Упоминали в обзорах про адсорбционные холодильники, работающие на голубом топливе. Газ, сгорая, заставляет хладагент циркулировать и охлаждать отсеки. Безусловным достоинством конструкции считается бесшумность. Удаётся услышать легкое шипение от горения топлива, перетекания жидкости по трубкам. Но решение далеко не единственное. Писали, что дорогие автомобильные холодильники работают по иному принципу – на элементах Пельтье.

В 1834 году установлено, что при пропускании постоянного тока через проводники и полупроводники выделяется либо поглощается тепло. Эффект не списывался на закон Джоуля-Ленца: в последнем случае жар выделялся, но охлаждение оставалось недостижимым. Научного объяснения никто не дал, но стало известно, что при пропускании тока в одном направлении тепло поглощается, в другом выделяется!

Известен случай, когда студент отчитывался перед преподавателем на предмет цифровых технологий, компьютеры еще не обрели сегодняшней силы. Процессоры Пентиум II только-только появились на рынке РФ, хотя в США, безусловно, уже встречались и четвертые. Дело сводилось к питанию мозга ЭВМ, к желанию постоянно снизить вольтаж.

Заметили, что процессор потребляет 75 Вт. Одновременно напряжение питания оставалось в районе 3 В. Получается, что маленький кристалл потреблял ток… 25 А. Любой аккумулятор при зарядке не способен на такое. Преподаватель высказался, но оказался не совсем прав.

При указанном малом напряжении процессор в действительности потребляет гигантский ток, часть мощности уходит на полезные нужды, неизбежно происходит выделение тепла в окружающую среду. И ощутимого! Без кулера процессор может дойти до точки кипения, грелся бы дальше, но системы защиты выключат питание раньше. Получается, процессор расходует значительную мощность. Недавно на рынке появились элементы Пельтье, призванные охлаждать разбушевавшийся мозг. Некий пользователь заметил, что процессор охладился… до минус 10 градусов Цельсия. Впечатляет?

Элементы Пельтье нельзя назвать дешевыми. Как на их основе построить самодельный холодильник: поставить параллельно внутри термоизолированной емкости, где температура примется постепенно падать. Но мощность морожения холодильников не измеряется в ваттах, вычисляется по количеству (в килограммах) продукции, температуру которой возможно понизить до заданной. Не знаем, что подразумевается под утверждением, что мощность элемента Пельтье составляет 77 Вт. При цене 300 рублей за штуку стоит попробовать рассчитать стоимость самодельного холодильника, соотнеся указанные параметры. Мы предлагаем иной путь.

Помните, в обзорах приводили методику для определения потребной мощности нагрева помещения, а теперь ее используем в обратной последовательности. Шаги эксперимента:

1. Понадобится обыкновенный градусник. Лучше простой уличный. Градусник поместим в наш самодельный холодильник.
2. Делаем корпус. В настоящих холодильниках применяется для теплоизоляции пенополиуретан. Купите баллончик в магазине строительных материалов. Сгодится и пенопласт, рекомендуем применить изоляцию отражающего типа Пенофол либо подобную. К примеру, берется ящик, с двух сторон плотно отделывается упомянутым материалом, собственно, уже готов неплохой самодельный холодильник. Для сведения – материал взят из космической отрасли, где использовался для создания скафандров. Солнечные лучи убийственны вне атмосферы, а космический холод заставит вздрогнуть самого Саурона, но космонавту все перечисленное не причиняло особенного вреда под слоем Пенофола. Разумеется, в скафандрах применялось золото, серебро, а не алюминий, возможно, обошлось без полиэтилена. Факт – характеристики материала изумительны.
3. Охладителем вначале станет единственный элемент Пельтье. Вмонтируем его на клей-герметик. Потом покажем методику, позволяющую найти число модулей, необходимых, чтобы самодельный холодильник начал морозить.

Методика расчета самодельного холодильника на элементах Пельтье

Исходим из факта, что теплопотери зависят линейно от разницы температур внутри и снаружи самодельного холодильника. Идём от простого к сложному:

1. Допустим, температура в комнате составляет 20 ºС и на протяжении опыта остаётся неизменной. Начнем исследование. Очевидно, что при отсутствии элементов Пельтье температура внутри холодильника составит 20 ºС. Это первая точка на прямой (потери линейно растут от разности температур снаружи и внутри самодельного холодильника). Установим элемент Пельтье с радиаторами на обоих боках, причем наружный станет обдуваться кулером для усиления эффекта.
2. Через время температура в отсеке объемом 30 литров составила 14 ºС. Утверждаем, что, добавив еще два элемента Пельтье с радиаторами и кулерами, любой получит 2 градуса тепла внутри самодельного холодильника, если в комнате 20 ºС тепла. Схема:

Выводы по конструктиву самодельного холодильника

Остальные выводы читатели сделают самостоятельно: самодельный холодильник даст 2 градуса тепла по шкале Цельсия, если снабдить прибор тремя элементами Пельтье с кулерами. Опыт допустимо обобщать, подбирать оптимальную изоляцию, варьировать условия. К примеру, кулеры убрать, чтобы не шумели и не тратили энергию. Это упростит конструкцию. Но хотим охладить пыл изобретателей: в настоящих, не самодельных холодильниках, используются два вентилятора, для холодного и горячего контура. Экспериментируйте.

Устройство холодильника вытерпит компьютерный блок питания. Вспомните, сколько потребляет процессор! Элемент Пельтье далеко не главное внутри. Вольтаж уже заранее приспособлен, не придется искать редких деталей. Покупаете три элемента Пельтье, чтобы самостоятельно сделать холодильник, берете блок питания из старенького ПК, сооружаете коробку с двумя кулерами, получаете готовый продукт. Причем способный работать от автомобильного аккумулятора.

Принцип действия холодильника настолько очевиден, что понятен детям. При изменении направления тока элементы Пельтье работают на нагрев. Хорошо иметь рядом теплую пищу, когда вокруг нет подогревательного устройства. В последнем случае закон работает в обратную сторону. Три элемента Пельтье внутри самодельного холодильника обеспечат температуру на 18 ºС выше окружающей среды. Если в машине 25, в коробке покажет 43. Достаточно, чтобы перекусить и не жаловаться. Получается уже два прибора в одном лице.

Хотим сказать спасибо автору видео на Ютуб за великолепную идею, как сделать холодильник самостоятельно. Пусть задумка не слишком удалась, но лишь потому, что объем велик. Элементы Пельтье процессорные не настолько мощные, чтобы в одиночку одолеть большой объем, до конца не оформленный.