Що таке елемент пельтьє, його пристрій, принцип роботи та практичне застосування. Саморобний кондиціонер у машині: наш експеримент Кондиціонер в авто із модулів пельтьє
Елемент Пельтьє – перетворювач термоелектричного типу. У ньому використаний ефект Пельтьє, що полягає в тому, що струм, що проходить, призводить до різних температур з різних сторін елемента.
У елементі Пельтьє використано дві пластини з напівпровідникових матеріалів, відмінність яких у рівнях енергії електронів. Проходження струму призводить до того, що одна з них стає холоднішою, а друга нагрівається.
Серед переваг елементів Пельтьє виділяють безшумність роботи (у них рухомих частин), відсутність у конструкції рідин, газів. Але вони мають низький ККД, що обмежує їхнє застосування.
На базі елементів Пельтьє виготовляють міні-холодильники, наприклад, для автомобілів, в яких мало місця для розміщення звичайних приладів. Вони є у конструкціях цифрових фотоапаратів, інфрачервоних спектрів, діодних лазерів.
Використовуючи елементи Пельтьє, легко зробити самостійно кондиціонер. Правда, застосування їх для цих цілей досить спірне через їхнє велике енергоспоживання, яке не можна порівняти з кількістю холоду, яке при цьому виробляється.
Але якщо питання не в енергозбереженні, а в бажанні познайомитися з конструкцією та принципом роботи елемента, можливості зробити корисний виріб, то можна починати. Вирушають у радіомагазин та купують елементи Пельтьє у кількості 4…8 штук.
Повернувшись додому, визначають їх «гарячі» сторони та ними кріплять на радіатор, який відводитиме тепло. Краще якщо він алюмінієвий і має велику кількість ребер, які підвищують тепловіддачу. Посадку роблять на термоклей, що покращує теплопередачу.
Розміщують отриманий пристрій у кватирці вікна встановленим радіатором назовні. У такому положенні він охолоджуватиметься холоднішим вуличним повітрям.
Холодну сторону елементів Пельтьє розташовують у бік кімнати, повітря в якій хочуть охолоджувати. Кріплять до неї вентилятор, наприклад, узятий із комп'ютера, де він охолоджує процесор. Розміщують його так, щоб кімнатне повітря компресором прямувало на пластину перетворювача.
Елементами Пельтьє можна охолодити повітря в приміщенні, але при цьому витрачається багато електроенергії. Справа в тому, що в приладах майже половину її витрачається марно, перетворюючись на тепло, що розсіюється в атмосфері.
Холодильне обладнання настільки міцно увійшло в наше життя, що навіть важко уявити, як можна без нього обходитися. Але класичні конструкції на холодоагентах не підходять для мобільного використання, наприклад, як похідна сумка-холодильник.
З цією метою використовуються установки, у яких принцип роботи побудований ефект Пельтье. Коротко розповімо про це явище.
Що це таке?
Під цим терміном мають на увазі термоелектричне явище, відкрите в 1834 році французьким натуралістом Жаном-Шарлем Пельтьє. Суть ефекту полягає у виділенні чи поглинанні тепла в зоні, де контактують різнорідні провідники, якими проходить електричний струм.
Відповідно до класичної теорії існує таке пояснення явища: електричний струм переносить між металами електрони, які можуть прискорювати або уповільнювати свій рух, залежно від контактної різниці потенціалів у провідниках, зроблених з різних матеріалів. Відповідно, зі збільшенням кінетичної енергії, відбувається її перетворення на теплову.
На другому провіднику спостерігається зворотний процес, що вимагає поповнення енергії відповідно до фундаментального закону фізики. Це відбувається за рахунок теплового коливання, що спричиняє охолодження металу, з якого виготовлений другий провідник.
Сучасні технології дозволяють виготовити напівпровідникові елементи-модулі із максимальним термоелектричним ефектом. Має сенс коротко розповісти про їхню конструкцію.
Пристрій та принцип роботи
Сучасні модулі є конструкцією, що складається з двох пластин-ізоляторів (як правило, керамічних), з розташованими між ними послідовно з'єднаними термопарами. Зі спрощеною схемою такого елемента можна ознайомитися на наведеному нижче малюнку.
Позначення:
- А – контакти підключення до джерела живлення;
- B – гаряча поверхня елемента;
- С – холодна сторона;
- D – мідні провідники;
- E – напівпровідник на основі р-переходу;
- F – напівпровідник n-типу.
Конструкція виконана таким чином, що кожна зі сторін модуля контактує або p-n або n-p переходами (залежно від полярності). Контакти p-n нагріваються, n-p охолоджуються (див. рис.3). Відповідно виникає різниця температур (DT) на сторонах елемента. Для спостерігача цей ефект виглядатиме як перенесення теплової енергії між сторонами модуля. Примітно, що зміна полярності живлення призводить до зміни гарячої та холодної поверхні.
Мал. 3. А – гаряча сторона термоелемента, В – холодна Технічні характеристики
Характеристики термоелектричних модулів описуються такими параметрами:
- холодопродуктивністю (Q max), ця характеристика визначається на основі максимально допустимого струму та різниці температури між сторонами модуля, що вимірюється у Ваттах;
- максимальним температурним перепадом між сторонами елемента (DT max), параметр наводиться для ідеальних умов, одиниця виміру - градуси;
- допустима сила струму, необхідна забезпечення максимального температурного перепаду – I max ;
- максимальним напругою U max , необхідним струму I max , щоб досягти пікової різниці DT max ;
- внутрішнім опором модуля – Resistance, що вказується в Омах;
- коефіцієнтом ефективності - СОР (абревіатура від англійської - coefficient of performance), по суті це ККД пристрою, що показує ставлення потужності, що охолоджує до споживаної. У недорогих елементів цей параметр знаходиться в межах 0,3-0,35, більш дорогі моделі наближаються до 0,5.
Маркування
Розглянемо, як розшифровується типове маркування модулів з прикладу малюнка 4.
Рис 4. Модуль Пельтьє з маркуванням ТЕС1-12706 Маркування розбивається на три значущі групи:
- Позначення елемента. Дві перші літери завжди незмінні (ТІ) говорять про те, що це термоелемент. Наступна вказує розмір, можуть бути літери "С" (стандартний) та "S" (малий). Остання цифра вказує скільки шарів (каскадів) в елементі.
- Кількість термопар у модулі, зображеному на фото їх 127.
- Розмір номінального струму в Амперах, у нас – 6 А.
Так само читається маркування та інших моделей серії ТЕС1, наприклад: 12703, 12705, 12710 тощо.
Застосування
Незважаючи на досить низький ККД, термоелектричні елементи знайшли широке застосування у вимірювальній, обчислювальній та побутовій техніці. Модулі є важливим робочим елементом таких пристроїв:
- мобільних холодильних установок;
- невеликих генераторів для вироблення електрики;
- систем охолодження у персональних комп'ютерах;
- кулери для охолодження та нагрівання води;
- осушувачі повітря тощо.
Наведемо детальні приклади використання термоелектричних модулів.
Холодильник на елементах Пельтьє
Термоелектричні холодильні установки значно поступаються за продуктивністю компресорним та абсорбційним аналогам. Але вони мають вагомі переваги, що робить доцільним їх використання за певних умов. До таких переваг можна віднести:
- простота конструкції;
- стійкість до вібрації;
- відсутність рухомих елементів (за винятком вентилятора, що обдуває радіатор);
- низький рівень шуму;
- невеликі габарити;
- можливість роботи у будь-якому положенні;
- тривалий термін служби;
- невелике споживання енергії.
Такі характеристики ідеально підходять для мобільних установок.
Елемент Пельтьє як генератор електроенергії
Термоелектричні модулі можуть працювати як генератори електроенергії, якщо одну з їх сторін піддати примусовому нагріванню. Чим більша різниця температур між сторонами, тим вища сила струму, що виробляється джерелом. На жаль, максимальна температура для термогенератора обмежена, вона не може бути вищою за точку плавлення припою, що використовується в модулі. Порушення цієї умови призведе до виходу елемента з ладу.
Для серійного виробництва термогенераторів використовують спеціальні модулі з тугоплавким припоєм, їх можна нагрівати до 300°С. У звичайних елементах, наприклад ТЕС1 12715, обмеження - 150 градусів.
Оскільки ККД таких пристроїв невисокий, їх застосовують лише у випадках, коли немає можливості використовувати більш ефективне джерело електричної енергії. Тим не менш, термогенератори на 5-10 Вт мають попит у туристів, геологів і жителів віддалених районів. Великі та потужні стаціонарні установки, що працюють від високотемпературного палива, використовують для живлення приладів газорозподільних вузлів, апаратури метеорологічних станцій тощо.
Для охолодження процесора
Нещодавно дані модулі стали використовувати в системах охолодження CPU персональних комп'ютерів. Враховуючи низьку ефективність термоелементів, користь таких конструкцій досить сумнівна. Наприклад, щоб охолодити джерело тепла потужністю 100-170 Вт (відповідає більшості сучасних моделей CPU), потрібно витратити 400-680 Вт, що потребує встановлення потужного блока живлення.
Другий підводний камінь – незавантажений процесор менше виділятиме теплової енергії, і модуль може охолодити його менше точки роси. В результаті почне утворюватися конденсат, що гарантовано виведе електроніку з ладу.
Тим, хто зважиться створити таку систему самостійно, потрібно провести серію розрахунків щодо підбору потужності модуля під певну модель процесора.
Виходячи з вище сказаного, використовувати дані модулі як систему охолодження CPU не рентабельно, крім цього можуть стати причиною виходу комп'ютерної техніки з ладу.
Зовсім інакша справа з гібридними пристроями, де термомодулі використовуються спільно з водяним або повітряним охолодженням.
Гібридні системи охолодження довели свою ефективність, але висока вартість обмежує коло їхніх шанувальників.
Кондиціонер на елементах Пельтьє
Теоретично такий пристрій конструктивно буде значно простіше за класичні системи клімат-контролю, але все впирається в низьку продуктивність. Одна справа – охолодити невеликий об'єм холодильної камери, інша – приміщення чи салон автомобіля. Кондиціонери на термоелектричних модулях більше (в 3-4 рази) споживатимуть електроенергії, ніж обладнання, що працює на холодоагенті.
Що стосується використання як автомобільної системи клімат-контролю, то для роботи такого пристрою потужності штатного генератора буде недостатньо. Заміна його на продуктивніше обладнання призведе до суттєвої витрати палива, що не рентабельно.
У тематичних форумах періодично виникають дискусії на цю тему та розглядаються різні саморобні конструкції, але повноцінного робочого прототипу поки що не створено (крім кондиціонера для хом'ячка). Можливо, ситуація зміниться, коли з'являться в широкому доступі модулі з більш прийнятним ККД.
Для охолодження води
Термоелектричний елемент часто використовують як охолоджувач для кулерів води. Конструкція включає: охолодний модуль, контролер, керований термостатом і обігрівач. Така реалізація значно простіше і дешевше компресорної схеми, крім цього, вона надійніша і простіше в експлуатації. Але є й певні недоліки:
- вода не охолоджується нижче 10-12 ° С;
- на охолодження потрібно довше часу, ніж компресорному аналогу, отже такий кулер не підійде для офісу з великою кількістю працівників;
- пристрій чутливий до зовнішньої температури, в теплому приміщенні вода не охолоджуватиметься до мінімальної температури;
- не рекомендується встановлення в запилених кімнатах, оскільки може забитися вентилятор і модуль, що охолоджує, вийде з ладу.
Настільний кулер для води з використанням елементу Пельтьє Осушувач повітря на елементах Пельтьє
На відміну від кондиціонера реалізація осушувача повітря на термоелектричних елементах цілком можлива. Конструкція виходить досить простою та недорогою. Охолодний модуль знижує температуру радіатора нижче точки роси, в результаті на ньому осідає волога, що міститься в повітрі, що проходить через пристрій. Осіла вода відводиться у спеціальний накопичувач.
Попри низький ККД, у разі ефективність пристрою цілком задовільна.
Як підключити?
З підключенням модуля проблем не виникне, на дроти виходів необхідно подати постійну напругу, його величина зазначена в дататі елемента. Червоний провід необхідно підключити до плюса, чорний до мінуса. Увага! Зміна полярності змінює місцями поверхні, що охолоджується і нагрівається.
Як перевірити елемент Пельтьє на працездатність?
Найпростіший і найнадійніший спосіб – тактильний. Необхідно підключити модуль до відповідного джерела напруги і торкнутися різних сторін. У працездатного елемента одна з них буде теплішою, інша – холоднішою.
Якщо потрібного джерела під рукою немає, буде потрібно мультиметр і запальничка. Процес перевірки досить простий:
- підключаємо щупи до висновків модуля;
- підносимо запалену запальничку до однієї зі сторін;
- спостерігаємо за показаннями приладу.
У робочому модулі під час нагрівання однієї зі сторін генерується електричний струм, що відобразиться на табло приладу.
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками?
Зробити саморобний модуль у домашніх умовах практично неможливо, тим більше в цьому немає сенсу, враховуючи їх відносно невисоку вартість (близько $4-$10). Але можна зібрати пристрій, який буде корисним у поході, наприклад термоелектричний генератор.
Для стабілізації напруги необхідно зібрати простий перетворювач на мікросхемі ІМС L6920.
На вхід такого перетворювача подається напруга в діапазоні 0,8-5,5, на виході він видаватиме стабільні 5, що цілком достатньо для підзарядки більшості мобільних пристроїв. Якщо використовується звичайний елемент Пельтьє, необхідно обмежити робочий діапазон температури сторони, що нагрівається 150 °С. Щоб не турбувати себе відстеженням, як джерело тепла краще використовувати казанок з киплячою водою. В цьому випадку елемент гарантовано не нагріється вище за температуру 100 °С.
Елементом Пельтьє прийнято називати перетворювач, здатний працювати від різниці температур. Відбувається це шляхом протікання електричного струму провідниками через контакти. Для цього в елементах передбачено спеціальні пластини. Тепло від одного боку перетворюється на іншу.
На сьогоднішній день вказана технологія затребувана в першу чергу через значну потужність тепловіддачі. Додатково пристрої здатні похвалитися компактністю. Радіатори для багатьох моделей встановлюються слабкі. Пов'язано це з тим, що тепловий потік досить швидко остигає. В результаті потрібна температура постійно підтримується.
Рухливих елементів зазначений елемент немає. Працюють пристрої абсолютно безшумно, і це є безперечною перевагою. Також слід сказати, що експлуатуватись вони здатні дуже довго, а випадки поломок виникають вкрай рідко. Найпростіший тип складається з мідних провідників з контактами та сполучними проводами. Додатково з охолоджувальної сторони є ізолятор. Виготовляють його, як правило, з кераміки або
Навіщо потрібні елементи Пельтьє?
Елементи Пельтьє найчастіше використовуються виготовлення холодильників. Зазвичай йдеться про компактні моделі, які можуть застосовуватися, наприклад, автомобілістами в дорозі. Однак на цьому область застосування пристроїв не добігає кінця. Останнім часом елементи Пельтьє активно почали встановлювати звукову, а також акустичну техніку. Там вони здатні виконувати функції кулера.
В результаті охолодження підсилювача пристрою відбувається без шуму. Для портативних компресорів елементи Пельтьє незамінні. Якщо говорити про наукову галузь, то вчені застосовують дані пристрої для охолодження лазера. При цьому можна досягти значної стабілізації хвилі вивчення світлодіодів.
Недоліки моделей Пельтьє
Здавалося б, такий простий та ефективний пристрій позбавлений недоліків, проте вони є. Насамперед фахівці відразу відзначили малу пробивну здатність модуля. Це говорить про те, що у людини виникнуть певні проблеми, якщо вона захоче охолодити прилад, який працює від мережі з напругою 400 В. У цьому випадку частково допоможе вирішити цю проблему спеціальна діелектрична паста. Однак пробою струму все одно буде високим і обмотка елемента Пельтьє може не витримати.
Додатково вказані моделі не рекомендують використовувати для точної електроніки. Оскільки конструкції елемента є металеві пластини, то чутливість транзисторів може порушуватися. Останнім недоліком елемента Пельтьє можна назвати мінімальний коефіцієнт корисної дії. Досягти значної різниці температур ці пристрої не здатні.
Модуль для регулятора
Зробити елемент Пельтьє своїми руками для регулятора досить легко. Для цього слід заздалегідь заготовити дві металеві пластини, а також проведення з контактами. У першу чергу для установки готують провідники, які розташовуватимуться біля основи. Зазвичай їх закуповують із маркуванням "РР".
Для нормального контролю температури слід передбачити напівпровідники на виході. Вони потрібні для того, щоб швидко віддавати тепло на верхню пластину. Для встановлення всіх елементів слід використовувати паяльник. Щоб доробити елемент Пельтьє своїми руками, в останню чергу приєднують два дроти. Перший монтується у нижньої основи та фіксується у крайнього провідника. Дотику при цьому з пластиною слід уникати.
Далі кріплять другий провід у вірній частині. Фіксація здійснюється також до останнього елемента. Щоб перевірити працездатність пристрою, застосовують тестер. Для цього два дроти потрібно приєднати до приладу. В результаті відхилення напруги має становити приблизно 23 В. У цій ситуації багато залежить від потужності регулятора.
Холодильники з терморезистором
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками для холодильника із терморезистором? Відповідаючи це питання, важливо відзначити, що пластини йому підбираються виключно з кераміки. При цьому провідників використовують близько 20 штук. Це необхідно для того, щоб перепад температури був вищим. Підвищити можна до 70%. У цьому випадку важливо розрахувати
Зробити це можна, виходячи з потужності обладнання. Холодильник на рідкому фреоні в цьому випадку виглядає ідеально. Безпосередньо елемент Пельтьє встановлюється біля випарника, який знаходиться поруч із двигуном. Для його монтажу буде потрібний стандартний набір інструментів, а також прокладки. Вони потрібні для того, щоб захистити модель від пускового реле. Таким чином, охолодження нижньої частини пристрою відбуватиметься набагато швидше.
Щоб досягти різниці в температурах (ефект Пельтьє) своїми руками, провідників може знадобитися щонайменше 16 штук. Головне при цьому - надійно ізолювати дроти, які підключатимуться до компресора. Для того, щоб зробити все правильно, потрібно в першу чергу від'єднати осушувач холодильника. Тільки після цього можна з'єднати всі контакти. Після завершення встановлення граничну напругу слід перевірити за допомогою тестера. При порушенні роботи елемента в першу чергу страждає терморегулятор. У деяких випадках відбувається його
Модель для холодильника 15 В
Робиться холодильник Пельтьє своїми руками з малої кріпляться модулі в основному біля радіаторів. Для того, щоб надійно їх закріпити, фахівці використовують куточки. До фільтра елемент не повинен тулитися, і це слід враховувати.
Щоб доробити термоелектричний модуль Пельтьє власноруч, нижню пластину переважно вибирають із нержавіючої сталі. Провідники зазвичай застосовуються з маркуванням "ПР20". Навантаження вони максимум здатні витримувати лише на рівні 3 А. Максимальне відхилення температури здатне досягати 10 градусів. У цьому випадку коефіцієнт корисної дії може становити 75%.
Елементи Пельтьє у холодильниках 24 В
Використовуючи елемент Пельтьє, холодильник своїми руками зробити можна лише з провідників із гарною герметизацією. При цьому вони для охолодження повинні укладатися у три ряди. Робочий струм у системі повинен підтримуватися лише на рівні 4 А.. Перевірити його можна з допомогою стандартного тестера.
Якщо використовувати керамічні пластини для елемента, то максимального відхилення температури можна досягти 15 градусів. Провід до конденсатора встановлюються лише після того, як буде підкладено прокладку. Закріпити її на стінці пристрою можна у різний спосіб. Головне в цій ситуації - не використовувати клей, який чутливий до температур понад 30 градусів.
Елемент Пельтьє для автомобільного охолоджувача
Щоб зробити якісний автохолодильник своїми руками, Пельтьє (модуль) підбирається із пластиною, товщина якої не більше 1.1 мм. Провід найкраще використовувати немодульного типу. Також для роботи будуть потрібні мідні провідники. Їхня пропускна здатність повинна становити не менше 4А.
Таким чином, максимальне температурне відхилення сягатиме 10 градусів, це вважається нормальним. Провідники найчастіше використовують із маркуванням "ПР20". Вони останнім часом показали себе стабільнішими. Також вони підходять для різних контактів. Для з'єднання пристрою з конденсатором використовують паяльник. Якісне встановлення можливе лише на блок реле прокладку. Перепади в цьому випадку будуть мінімальними.
Як зробити елемент для кулера питної води?
Модуль Пельтьє (елемент) своїми руками робиться для кулера досить легко. Пластини для нього важливо підбирати лише керамічні. Провідників у пристрої використовують не менше 12. Таким чином, опір витримуватиметься високий. З'єднання елементів стандартно здійснюється за допомогою паяння. Проводів для підключення до приладу має бути передбачено два. Кріпитися елемент повинен у нижній частині кулера. При цьому з кришкою пристрою він може торкатися. Щоб виключити випадки коротких замикань, всю проводку важливо зафіксувати на решітці чи корпусі.
Кондиціонери
Модуль "Пельтьє" (елемент) своїми руками виготовляється для кондиціонера тільки з провідниками класу "ПР12". Їх вибирають для цієї справи здебільшого через те, що вони добре справляються з низькими температурами. Максимум модель здатна видавати напругу 23 В. Показник опору буде перебувати на рівні 3 Ом. Перепад температури максимум досягає 10 градусів, а коефіцієнт корисної дії – 65 %. Укладати провідники між листами можна лише в один ряд.
Виготовлення генераторів
Виготовити генератор, використовуючи модуль Пельтьє (елемент) своїми руками можна. Продуктивність пристрою підніметься загалом на 10%. Досягається це за рахунок більшого охолодження двигуна. Максимум навантаження приладом витримується 30 А. За рахунок великої кількості провідників опір здатний становити 4 Ом. Відхилення температури у системі дорівнює приблизно 13 градусів. Кріпиться модуль безпосередньо до ротора. Для цього спочатку слід від'єднати центральний вал. У багатьох випадках статор не заважає. Щоб обмотка ротора не нагрівалася від індуктора використовують керамічні пластини.
Охолодження відеокарти на комп'ютері
Для охолодження відеокарти слід підготувати щонайменше 14 провідників. Найкраще підбирати мідні моделі. Коефіцієнт провідності тепла вони досить високий. Для підключення пристрою до плати використовуються дроти немодульного типу. Монтується модель біля кулера відеокарти. Для її закріплення зазвичай використовують маленькі
Для фіксації їх можна скористатися звичайними гайками. Поява надмірного шуму при експлуатації свідчить про те, що пристрій працює не належним чином. У разі необхідно перевірить цілісність проводки. Також потрібно оглянути провідники.
Елемент Пельтьє для кондиціонера
Щоб якісно зробити елемент Пельтьє своїми руками для кондиціонера пластини використовують подвійні. Мінімальна їхня товщина повинна становити не менше 1 мм. У такому разі можна сподіватися на температурне відхилення 15 градусів. Продуктивність кондиціонерів після оснащення модулів у середньому збільшується на 20%. Багато що в цій ситуації залежить від температури навколишнього середовища. Також слід зважати на стабільність напруги від мережі. У разі невеликих перешкод навантаження пристроєм витримується приблизно 4 А.
При паянні провідників їх слід розміщувати не дуже близько один до одного. Щоб правильно доробити модулі Пельтьє своїми руками, вхідні та вихідні контакти треба встановлювати лише на одну із двох пластин. У такому випадку прилад вийде компактнішим. Грубою помилкою в цій ситуації підключатиме модуль безпосередньо до блоку. Це призведе до неминучої поломки елемента.
Встановлення модуля на конденсатор
Щоб встановити своїми руками важливо оцінити потужність конденсатора. Якщо вона не перевищує 20, то елемент слід монтувати з провідниками, на яких вказано маркування "ПР30" або "ПР26". Для того щоб закріпити модуль Пельтьє (елемент) своїми руками на конденсаторі використовують маленькі металеві куточки.
Найкраще їх встановлювати по чотири на кожну зі сторін. По продуктивності конденсатор, зрештою, здатний додати плюс 10 %. Якщо говорити про тепловтрати, то вони будуть незначними. Коефіцієнт корисної дії приладу в середньому дорівнює 80%. Для високовольтних конденсаторів модулі не розраховані. У цьому випадку не допоможе навіть велика кількість провідників.
Напевно, колись кондиціонер в автомобілі стане досконалою нормою, незалежно від вартості та комплектації. Однак, як і раніше, мільйони машин, що «бігають» нашими дорогами, не мають цієї корисної опції, та й нові, також позбавлені кондиціонера, все ще випускаються. А щоліта розпечені від сонцецепу голови водіїв машин без «кондея» бувають нервові думки про способи охолодження «душогубки» нагрітого на сонці салону альтернативними і «асиметричними» методами.
Перше, що стражденний знаходить в інтернеті за запитами «охолодити салон машини без кондиціонера», «врятуватися від спеки без кондиціонера» тощо. - це пропозиція використовувати ПЕТ-пляшки з льодом. Ідея ця кочує з сайту на сайт роками і навіть виглядає працездатною.
Впевненості додають численні описи гаражних конструкцій автомобільних сурогатних «кондиціонерів», зроблених на коліні і використовують як «холодоагент» ту саму заморожену воду в пляшках від газування або пива. Вони є різноманітними коробками і ящиками, обклеєними всередині фольгою, щоб уникнути втрат холоду, і з встановленими вентиляторами для продування повітря через лід. В принципі, це логічний напрямок розвитку, націлений на підвищення ККД технології, хоча за інжинірингом втрачається головне – приваблива простота. У будь-якій конструкції потрібно враховувати фактор людської лінощів – якою б ефективною не була розробка, вона рано чи пізно буде закинута на курну полицю навіть самим розробником, якщо вимагатиме складної послідовності дій чи непростої підготовчої роботи… Заморозити, а потім прихопити з собою перед поїздкою пару пляшок – під силу будь-кому, а от городити ящики з вентиляторами – це вже, на думку більшості, перебір…
Так чи інакше, ідея витає в масах, але тих, хто випробував технологію на практиці, вкрай небагато. Тому наше завдання – зруйнувати чи підтвердити міф із термометром у руках. Перевірити, отримавши висновки в сухих цифрах, а не в суб'єктивних відчуттях, найпростіший базовий варіант - чи зможуть півторашки з льодом, покладені на торпедо під струмінь повітря з вентилятора, зробити перебування в машині без кондея хоч трохи комфортнішим? І зрозуміти тим, чи доцільно в принципі прикладати подальший креатив, руки та сили у цьому напрямі?
Експеримент виглядатиме так. Беремо два однакові автомобілі одного кольору, ставимо їх поруч на сонцепек на кілька годин. Після прогрівання салонів сонячними променями в одній машині просто включаємо салонний вентилятор на продування зовнішнім повітрям, а в іншій - запускаємо рециркуляцію і пускаємо потік повітря на скло, обдаючи їм кілька літрів льоду, замороженого в ПЕТ-пляшках, що лежать на торпедо. Через 15 хвилин дивимося на результат – наскільки вдасться зменшити температуру? Тож поїхали!
Температура в салоні автомобілів після трьох годин, проведених на сонці – 38 градусів.
В одну машину кладемо крижані пляшки, включаємо в обох вентилятори, засікаємо час – 15 хвилин.
Результат – обтяжливий… У машині, в якій вентилятор працював на продування салону забортним повітрям, температура знизилася до 33 градусів, а в машині, в якій була включена рециркуляція і повітря ганялося по колу, обдуючи пляшки з льодом – лише до 35,5 градусів… Банальне продування навіть без відкритих вікон виявилося ефективнішим за обдування льоду в замкнутому просторі!
Міф про пляшкове охолодження живучи, і хоча результат був передбачуваний, перевірити все ж таки варто. При цьому все ж таки варто відзначити, що шість літрів льоду здатні на більше, ось тільки не в такому вигляді!
У будь-якого пристрою, що працює на тепловіддачу, чи то кондиціонер чи обігрівач, найважливіша характеристика – площа робочої поверхні. У пляшок на торпедо вона вкрай мала, плюс обдув їх неефективно організований. Якби ми помістили ті ж шість літрів льоду в плоску ребристу ємність, подібну до автомобільного радіатора, розташували її в салоні машини і почали продувати через неї повітря - ефект був би в рази помітнішим. Ось тільки супутні складності роблять подібний захід безглуздим трохи більше, ніж повністю.
Інші тупикові ідеї «альтернативних кондиціонерів»
Які ще ідеї відвідують автовласників, що не мають кондиціонера, із завидною регулярністю з настанням літа? Можна, звичайно, встановити позаштатний універсальний кондиціонер – він, в принципі, нічим не відрізнятиметься від штатного – хіба що органи керування на панелі трішки виділятимуться у загальній стилістиці інтер'єру. Але вартість установки «кондея» на бюджетний легковий автомобіль з компонентами і роботою «під ключ» сьогодні становить приблизно 60 000 рублів. Дорогувато, загалом…
Тому таке рішення швидко відкидається і починається «креативне кроїлове». І тут, звичайно ж, на другому місці після заморожених ПЕТ-пляшок приходить думка про використання в машині мобільного або віконного кондиціонера, вартість яких стартує від більш-менш доступних 10 000 рублів навіть зараз, у гарячий сезон.
Багатьом здається, якщо поставити побутовий кондиціонер-моноблок на заднє сидіння, запитати через інвертор 12-220 вольт і висунути шланг гарячого повітря у вікно, то можна насолоджуватися прохолодою! Однак реальних успіхів ніхто з таких мрійників поки не досяг... Чому ідея нежиттєздатна?
Справа в тому, що навіть найслабший віконний кондиціонер споживає в режимі охолодження від мережі 220 вольт потужність близько півтора кіловат. ККД інвертора 12/220 - явно не 100%, але для простоти демонстрації на пальцях приймемо її за сто. Відповідно, від бортової мережі 14 вольт такий кондиціонер через інвертор споживатиме 1500 ват/14 вольт = 107 ампер. Струм - божевільний, проводка буде з палець завтовшки + у багатьох генераторів навіть максимальна межа струмовіддачі менше. Ми вже не говоримо про те, що інвертор має бути розрахований на довготривалу роботу з потужністю як мінімум пару кіловат – такі інвертори, як правило, відносяться до дорогої та специфічної професійної техніки, зустрічаються у продажу вкрай рідко і коштують божевільних грошей.
Ідея, що стоїть третьому місці – використання елементів Пельтье. Напівпровідникова пластина при подачі на неї струму нагрівається з одного боку та охолоджується з іншого. Купити елементи нескладно, коштують вони не так вже й дорого. На таких пластинах непогано працюють автомобільні переносні холодильники-шухляди, і багатьом здається, що за таким же принципом можна створити і кондиціонер - недорогий, безшумний, без компресора, холодоагенту, трубок та випарників.
На жаль, жодної реально працюючої конструкції «автокондея» на модулях Пельтьє знайти вам не вдасться, хоча проектів на різних автомобільних блогах і форумах - маса, багато хто навіть з проміжними звітами про етапи роботи, що демонструють неабиякі зусилля ентузіастів-саморобів. Чому? Та тому ж, чому не працюють і пляшки з льодом… Занадто мала поверхня «холодовіддачі» холодного боку та складність організації ефективного відведення тепла від гарячої сторони. Щоб забезпечити худо-бідне охолодження салону, з модулів Пельтьє в легковому автомобілі має бути дах.
***
Отже, як не крути, але альтернативи традиційному автомобільному компресорному кондиціонеру поки що немає і найближчим часом не передбачається. Адже навіть у гібридах і електромобілях, що стоять на вістрі прогресу, він має класичну конструкцію, що не змінилася принципово з часів перших кондиціонованих автомобілів - Паккардов і Каддилаков початку 40-х років ХХ століття.
А у вашій машині є кондиціонер?
У цій інструкції ми розберемо, як зробити простий кондиціонер із підручних матеріалів. У цьому кондиціонері немає жодних компресорів та інших подібних деталей, холод ми отримуватимемо з електроенергії, а точніше – використовуючи . Коштують вони нині не дуже дорого, та й знайти їх не повинно скласти великої праці.
Що стосується інших вузлів, то нам знадобляться вентилятори та кулери від комп'ютера, вони будуть служити для охолодження однієї сторони елементів та для нагрівання іншої. Тобто одні вентилятори гнатимуть нам холодне повітря, а інші охолоджуватимуть елементи, щоб вони не перегрівалися.
Звичайно, якщо поставити такий кондиціонер просто в приміщенні, користі від нього буде мало, тому що сильніше нагрівають повітря, ніж охолоджують. Але якщо винести гарячу сторону на вулицю, а холодну розгорнути всередину приміщення, в результаті отримаємо цілком непоганий кондиціонер, але його ефективність сильно залежатиме від теплоізоляції приміщення. Так чи інакше, біля такого кондиціонера вам буде приємно перебувати при спекотній погоді, тому що від нього виходитиме потік холодного повітря. Збирається пристрій досить легко. Отже, розглянемо докладніше, як зібрати такий кондиціонер!
Матеріали та інструменти, які використовував
Список матеріалів:
- Елементи Пельтьє ();
- 4 кулери від комп'ютера (вентилятори з радіаторами);
- 4 вентилятори від комп'ютера;
- Блок живлення на 12В/30А;
- Проводи;
- термопаста;
- Вимикач;
- Великий алюмінієвий радіатор;
- фанера, листовий пластик чи щось подібне до корпусу.
Список інструментів:
- канцелярський ніж;
- клейовий пістолет;
- дриль;
- паяльник;
- Викрутка.
Процес виготовлення кондиціонера:
Крок перший. Готуємо основу
Нам знадобиться основа, на якій закріпимо всі важливі органи кондиціонера. Можна використовувати пластик, фанеру чи інший подібний матеріал. Для початку робимо виміри та вирізаємо чотири вікна під елементи Пельтьє. Не забуваємо зробити канавки під дроти. Автор вирізає ці вікна канцелярським ножем, оскільки матеріал використовується м'який.
Крок другий. Встановлення елементів Пельтьє
Тепер можна встановити елементи Пельтьє. Для цього спочатку прикрутимо радіатор, який у процесі охолоджуватиметься. Автор просто прикручує його шурупами. А далі можна встановлювати елементи Пельтьє, для цього нам знадобиться термопаста. Завдяки цій пасті буде гарний тепловий зв'язок між радіаторами. Всі елементи встановлюємо холодною стороною до великого радіатора, автор це сторони з написами.
Крок третій. Кулери
Щоб елементи Пельтьє працювали ефективно, потрібно відводити тепло. Для цього нам знадобиться чотири кулери від комп'ютера. Знову добре змащуємо елементи термопастою і прикручуємо кулери. На завершення вам залишиться з'єднати всі кулери паралельно і можна спробувати увімкнути.
Крок четвертий. Збираємо корпус
Для виготовлення корпусу із аналогічного матеріалу вирізаються стінки. Далі кріпимо ці стінки, використовуючи куточки та заклепувальний пістолет. Всі стики добре герметизуємо за допомогою клейового пістолета. Крім герметизації клей ще й укріпить конструкцію.
Крок п'ятий. Кришка з вентиляторами
Над великим радіатором встановлюється кришка, в якій встановлені 4 вентилятори. Вони призначені для обдування радіатора і, як наслідок, у нас буде на виході холодне повітря. Вентилятори ставляться на видув. Свердлимо битою під вентилятори отвори та прикручуємо їх на свої місця. У корпусі з обох боків автор свердлить ряди отворів, через них входитиме повітря із приміщення. Вклеюємо на гарячий клей упори та прикручуємо кришку гвинтиками.
Крок шостий. Завершальний етап складання
Як завершення припаюємо всі необхідні дроти і встановлюємо вимикач. Блок живлення автор використовує досить потужний, на 30А при напрузі 12В. Що стосується іншої, гарячої сторони, то тут також рекомендується встановити захисну сітку. Ось і все, наш кондиціонер готовий, можна випробовувати! На жаль, автор не подав огляд тестів свого пристрою.
