Автокондиционер на элементах пельтье своими руками

Обновлено: 15.05.2024

При изготовлении освежающего прибора своими руками для дома чаще всего используется принцип охлаждения поверхности при испарении воды. Многие варианты таких устройств достаточно просты, поэтому соорудить охлаждающий самодельный кондиционер дома сможет каждый при наличии минимального набора средств.

Самое простое устройство для дома

Самым простым охладительным устройством, не требующим почти никаких материальных, финансовых, временных, интеллектуальных затрат станет конструкция из вентилятора и мокрого полотенца. Полотенце набрасывается поверх механизма, воздух проходит насквозь, испаряя воду. Процесс испарения охлаждает полотенце, поэтому проходящий воздухопоток станет чуть более прохладным. Такой способ можно немного усовершенствовать, опустив конец полотенца внутрь емкости с водой.

Охладить помещение таким способом не удастся. Но для индивидуального применения будет эффективным.

Вентилятор + пластиковая тара. Вариант 1

Наиболее распространенным вариантом сооружения кондиционера из подручных средств является сочетание вентмеханизма и пластиковых бутылок с холодной водой или льдом. Понадобятся:

вентмеханизм;
пластмассовая или другая тара;
лед/охлажденная вода.

Тара наполняется холодной водой, замораживаются.
Охлажденная, монтируется к вентиляторной решетке либо ставится перед ней. Обязательно нужно оставить зазоры 1-2 см для циркуляции, охлаждения воздухопотока.
Продумать способ сбора конденсата, который обязательно будет появляться.

Воду нужно периодически менять. Можно сделать сразу два комплекта, попеременно их охлаждая.

Вентилятор + пластиковая тара. Вариант 2

кулер;
пластмассовая тара (три двухлитровые и три поллитровые);
поролоновая лента.

У двухлитровых емкостей нужно отрезать дно, просверлить внутри отверстия. В одном случае – снизу, в другом – сбоку.
Поролоновой лентой обмотать кулер (для фиксации, поглощения вибраций).
Разместить механизм между отрезанными частями так, чтобы внизу было дно бутылки с боковыми отверстиями.
У двух крышек от емкостей удалить дно.
Внутри двух поллитровых сбоку сделать отверстия, по диаметру равных горлышку.
Горлышко большой емкости вставить внутрь бокового отверстия маленькой, зафиксировать его внутри обрезанной крышкой (можно с помощью длинного ножа или другого инструмента).
Вторую, маленькую, зафиксировать с первой аналогичным способом. Теперь маленькие бутылки могут вращаться перпендикулярно своим основаниям.
К пластиковому коробу с кулером прикрепить третью поллитровую емкость со льдом.
Сверху накрыть все это двухлитровой бутылкой с двумя закрепленными маленькими.

Импровизированный самодельный кондиционер из пластмассовых бутылок готов к использованию. Воздушный поток регулируется вращением поллитровых емкостей по двум направлениям. Будет полезен маленькому помещению, при индивидуальном использовании.

Вентилятор + медная труба

вентиляторный механизм;
медная трубка/резиновый шланг;
водопровод.

Медную трубу/резиновый шланг примотать к защитной вентиляторной решетке, зафиксировать. Необходимо оставлять зазоры между витками трубки, шланга для свободной циркуляции, охлаждения воздуха. Не должно быть сильных перегибов.
Один конец медной трубки/резинового шланга присоединить к смесителю. Второй вывести в раковину. В этом положении конструкцию можно зафиксировать.
Открыть воду под небольшим напором.
Включить вентиляторный механизм.
Отрегулировать направление воздушного потока.

Такой агрегат способен охладить помещение среднего объема. Может быть затратным из-за большого количества подаваемой воды.

Контейнер + кулер

пластиковый контейнер объемом 1,5-2 л;
минивентилятор от компьютерного блока питания;
гофрированный сифон из пластика;
клеевой пистолет;
монтажный нож.

Как сделать самодельный кондиционер, сборка конструкции:

Внутри крышки контейнера вырезать отверстие чуть меньшего размера, чем минивентилятор;
Приклеить его к крышке так, чтобы поток воздуха был направлен внутрь контейнера (с помощью горячего клея).
Вырезать отверстие для сифонной трубы.
От гофрированного сантехнического сифона отрезать 25-30 см.
Закрепить получившийся отрезок внутри крышки контейнера с помощью горячего пистолета.
Поместить внутрь контейнера лед.
Плотно закрыть крышку.
Подключить минивентилятор к сети.

Направление охлажденного воздуха можно регулировать с помощью сифона. При возможности лучше использовать большой кусок льда. Воздушный поток, попадая в контейнер сможет в нем циркулировать и больше охлаждаться. В случае с маленькими кусочками льда такой циркуляции воздуха не будет.

Направление охлажденного потока можно регулировать с помощью сифона. Лучше использовать большой кусок льда. Воздушный поток, попадая внутрь контейнера сможет циркулировать и больше охлаждаться. С маленькими кусочками льда такой циркуляции не будет.

Радиатор + автовентилятор

автомобильный радиатор;
автовентилятор на 12 В;
рамка для вентиляторного механиза;
корпус-фиксатор;
крепления;
резиновые трубки;
набор хомутов;
изолента;
герметик;
блок питания на 12 В.

Инструкция по устройству:

Выход для термодатчика радиатора предварительно закрыть плотной заглушкой.
Радиатор закрепить горизонтально к панели-фиксатору.
Зафиксировать автовентилятор так, чтобы поток воздуха был направлен от радиатора внутрь помещения.
При помощи хомутов установить резиновые шланги на радиаторные трубки.
Шланг для подачи холодной воды подключить к крану.
Отводной шланг разместить в раковине или ванной.
Под конструкцией разместить дренажную емкость.
Устранить воздушные пробки внутри радиаторе.
Подключить к электросети.

Устройство снижает температуру за счет подачи холодной воды. Время охлаждения помещения зависит от скорости работы автовентилятора, скорости подачи жидкости. Мощность невысокая, охладит небольшое помещение.

Старый холодильник + вентилятор

старый холодильник;
пластиковая труба;
два вентиляторных устройства;
электролобзик;
монтажная пена.

Вырезать внутри дверцы морозильной камеры холодильника отверстие для первого минивентилятора.
Закрепить так, чтобы он нагнетал воздух внутрь камеры.
Просверлить еще одно отверстие там же.
Вставить внутрь получившегося отверстия пластмассовую трубу для вывода охлажденного воздуха наружу.
Герметично закрыть щели монтажной пеной.
Для лучшего отвода тепла можно установить второй кулер, поток воздуха от которого будет направлен на конденсатор.
Подключить конструкцию к сети.

Импровизированный кондиционер из старой холодильной установки может стать неплохой альтернативой климатической системе. Принцип ее работы базируется на подаче фреоном тепла от испарителя к конденсатору (как и у многих кондиционеров).

Вентилятор + элементы Пельтье

Кондиционер на элементах Пельтье – спорное устройство, энергоэффективность которого мала. Выглядит как электронная двусторонняя пластина с двумя проводами. После подключения к электричеству одна сторона нагревается, другая охлаждается. Схема устройства:

Приобрести элементы Пельтье (4-8 шт).
Закрепить греющейся стороной на ребристый алюминиевый радиатор.
Установить радиатор так, чтобы его охлаждал свежий воздух.
К охлаждающимся поверхностям закрепить компьютерный кулер для нагнетания комнатного воздуха в их сторону.

Кондиционер на элементах Пельтье охлаждает температуру, расходуя при этом большое количество энергии. Половина энергозатрат – обогрев второй стороны.

Данное видео демонстрирует процесс создания, испытательные эксперименты самодельного охлаждающего механизма

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

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

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

Что это такое?

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

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

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

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

Устройство и принцип работы

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

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

А – контакты для подключения к источнику питания;
B – горячая поверхность элемента;
С – холодная сторона;
D – медные проводники;
E – полупроводник на основе р-перехода;
F – полупроводник n-типа.

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

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

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

холодопроизводительностью (Q_max), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DT_max), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – I_max;
максимальным напряжением U_max, необходимым для тока I_max, чтобы достигнуть пиковой разницы DT_max;
внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

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

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

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

Применение

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

мобильных холодильных установок;
небольших генераторов для выработки электричества;
систем охлаждения в персональных компьютерах;
кулеры для охлаждения и нагрева воды;
осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

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

простота конструкции;
устойчивость к вибрации;
отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
низкий уровень шума;
небольшие габариты;
возможность работы в любом положении;
длительный срок службы;
небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

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

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

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

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

Для охлаждения процессора

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

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

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

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

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

Термоэлектрический кулер Армада

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

Кондиционер на элементах Пельтье

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

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

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

Для охлаждения воды

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

вода не охлаждается ниже 10-12°С;
на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

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

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

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

Как подключить?

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

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

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

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

подключаем щупы к выводам модуля;
подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
наблюдаем за показаниями прибора.

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

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Схема подключения самодельного термогенератора

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

Принципиальная схема преобразователя напряжения

Своими руками

Элемент Пельтье – преобразователь термоэлектрического типа. В нем использован эффект Пельтье, заключающийся в том, что проходящий ток приводит к разным температурам с разных сторон элемента.

В элементе Пельтье использованы две пластины из полупроводниковых материалов, различие которых в уровнях энергии электронов. Прохождение тока приводит к тому, что одна из них становится холоднее, а вторая нагревается.

Среди достоинств элементов Пельтье выделяют бесшумность работы (в них движущихся частей), отсутствие в конструкции жидкостей, газов. Но они имеют низкий КПД, что ограничивает их применение.

На базе элементов Пельтье изготавливают мини-холодильники для, например, автомобилей, в которых мало места для размещения обычных приборов. Они есть в конструкциях цифровых фотоаппаратов, инфракрасных спектров, диодных лазеров.

Используя элементы Пельтье, легко сделать самостоятельно кондиционер. Правда, применение их для этих целей довольно спорно из-за их большого энергопотребления, которое несопоставимо с количеством холода, которое при этом вырабатывается.

Но если вопрос не в энергосбережении, а в желании познакомиться с конструкцией и принципом работы элемента, возможности сделать полезную поделку, то можно приступать. Отправляются в радиомагазин и покупают элементы Пельтье в количестве 4…8 штук.

Размещают полученное устройство в форточке окна установленным радиатором наружу. В таком положении он будет охлаждаться более холодным уличным воздухом.

Элементами Пельтье можно охладить воздух в помещении, но при этом будет расходоваться много электроэнергии. Дело в том, что в приборах почти половину ее расходуется впустую, преобразуясь в тепло, рассеивающееся в атмосфере.

Исходя из реальных возможностей элементов, выработка холода ими практически в два раза ниже, чем количество потребленной при этом энергии. Это и объясняет их ограниченное использование, так как у современных сплит-систем аналогичный показатель в три раза больше потребленной электроэнергии.

Давно маячила мысль поэкспериментировать с элементами Пельтье, но руки дошли только сейчас. Заказал с али 4 элемента по отзывам холодит хорошо, кто то даже в -11 загонял, ток потребления 3,5-4 А при 12 В.Если верить китайцам, то мощность холода одного элемента 60Вт. В интернете много пишут, больше конечно про то что не получится ничего, но конкретного опыта с установкой в авто в таком исполнении я не нашел.

Туши морозить задачи стоять не может, лишь понижение немного температуры в салоне, хотя бы в рабочей зоны, так сказать. Чтобы по трассе ездить летом с закрытыми окнами, ибо шум напрягает меня. Пока элементы идут, начал делать теплообменники, которые будут снимать холод с одной стороны и охлаждать другую. Нашлись радиаторы полые(2 полости сечением 15*15мм, сечение ребристое, это очень кстати), пока сделал тот, что снимает холод (№2 по схеме). Он будет обклеен несколькими слоями изолоном, для снижения потери холода, и ребра заполнены тоже изолоном, срезать их не хочу, чтобы не понижать теплоёмкость радиатора.

Из него будет холодный(как я надеюсь) антифриз будет попадать в печку. Вопросы есть по помпам, которым качать антифриз в контурах. Нужны не сильно мощные, чтобы не было большого потребления. Нашел похожие от печки на газелях, но не знаю какой они мощности. Может кто подскажет более подходящие помпы? Теплообменник №3 будет больше раза в полтора по длине, возможно помпа не понадобится. По мере продвижения к цели буду описывать это в теме.

Читайте также: