Элемент Пельтье TEC1-12706

Элемент Пельтье Практическая электроника

Все вы знаете, что с помощью электрического тока можно нагревать какие-либо предметы. Это может быть паяльник, электрочайник, утюг, фен, различного рода обогревашки и тд. Но слышали ли вы, что с помощью электрического тока можно охлаждать? “Ну а как же, например, бытовой холодильник” – скажите вы. И будете не правы. В бытовом холодильнике электрический ток оказывает только вспомогательную функцию: гоняет фреон по кругу.

Элемент Пельтье

Но существуют ли такие радиоэлементы, которые при подаче на них электрического тока вырабатывают холод? Оказывается существуют ;-). В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Или, иными словами, в этом месте наблюдалась пониженная температура. Ну и как положено в физике, чтобы не придумывать новое название этому эффекту, его называют в честь того, кто его открыл. Открыл что-то новое? Отвечай за базар)). С тех пор зовется такой эффект эффектом Пельтье.

Ну и как тоже ни странно, элемент, который вырабатывает холодок, называют элементом Пельтье. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь , принцип действия которого основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. ThermoElectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Элемент Пельтье (практика)

Выглядеть он может по-разному, но основной его вид – это прямоугольная или квадратная площадка с двумя выводами. Сразу же отметил сторону “А” и сторону “Б” для дальнейших экспериментов

Почему я пометил стороны?

Вы думаете, если мы просто тупо подадим напряжение на этот элемент, он у нас будет полностью охлаждаться? Не хочу вас разочаровывать, но это не так… Еще раз внимательно читаем определение про элемент Пельтье. Видите там словосочетание “разности температур”? То то и оно. Значит, у нас какая-то сторона будет греться, а какая-то охлаждаться. Нет в нашем мире ничего идеального.

Для того, чтобы определить температуру каждой стороны элемента Пельтье, я буду использовать мультиметр, который шел в комплекте с термопарой

Сейчас он показывает комнатную температуру. Да, у меня тепло ;-).

Для того, чтобы определить, какая сторона элемента Пельтье греется, а какая охлаждается, для этого цепляем красный вывод на плюс, черный – на минус и подаем чуток напряжения, вольта два-три. Я узнал, что у меня сторона “А” охлаждается, а сторона “Б” греется, пощупав их рукой. Если перепутать полярность, ничего страшного не случится. Просто сторона А будет нагреваться, а сторона Б охлаждаться, то есть они поменяются ролями.

Итак, номинальное (нормальное) напряжение для работы элемента Пельтье – это 12 Вольт. Так как я подключил на красный – плюс, а на черный – минус, то у меня сторона Б греется. Давайте замеряем ее температуру. Подаем напряжение 12 Вольт и смотрим на показания мультиметра:

77 градусов по Цельсию – это не шутки. Эта сторона нагрелась так, что когда ее трогаешь, она обжигает пальцы.

Поэтому главной фишкой использования элемента Пельтье в своих электронных устройствах является большой радиатор. Желательно, чтобы радиатор обдувался вентилятором. Я пока что взял радиатор от усилителя, который дали в ремонт. Намазал термопасту КПТ-8 и прикрепил элемент Пельтье к радиатору.

Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:

7 градусов по Цельсию). Когда трогаешь, пальцы замерзают.

Но также есть и обратный эффект, при котором можно вырабатывать электроэнергию с помощью элемента Пельтье, если одну сторону охлаждать, а другую нагревать. Очень показательный пример – это фонарик, работающий от тепла руки

Мощность элемента Пельтье

Элемент Пельтье сам по себе считается очень энергозатратным. Регулировка температуры его сторон достигается напряжением. Чем больше напряжение, тем большую силу тока он потребляет. А чем больше силы тока он потребляет, тем быстрее набирает температуру. Поэтому, можно регулировать холодок, тупо меняя значение напряжения).

Вот некоторые значения по потреблению электрического тока элементом Пельтье:

При напряжении в 1 Вольт он кушает 0,3 Ампера. Неплохо)

Повышаю напряжение до 3 Вольт

Кушает уже почти 1 Ампер.

Повышаю до 5 Вольт

Чуть больше полтора Ампера.

Даю 12 Вольт, то есть его рабочее напряжение:

Жрет уже почти 4 Ампера! Грабеж).

Давайте грубо посчитаем его мощность. 4х12=48 Ватт. Это даже больше, чем 40 Ваттная лампочка, которая висит у вас в кладовке). Если элемент Пельтье такой прожорливый, целесообразно ли из него делать бытовые холодильники и холодильные камеры? Конечно же нет! Такой холодильник у вас будет жрать Киловатт 10 не меньше! Но зато есть один маленький плюс – он будет абсолютно бесшумен :-). Но если нет никакой возможности, то делают холодильники даже из элементов Пельтье. Это в основном мини холодильники для автомобилей. Также элемент Пельтье некоторые используют для охлаждения процессора на ПК. Получается очень эффективно, но по энергозатратам лучше все-таки ставить старый добрый вентилятор.

Читайте также:  Нормы уборки территории для дворника таблица

Где купить

На Али можно найти даже мини-кондиционер из элемента Пельтье вот по этой ссылке.

На Али этих элементов Пельтье можете выбрать сколь душе угодно!

Термоэлемент Пельтье: принцип охлаждения и применение

Современный человек не представляет свою жизнь без холодильника. В нем мы храним различные продукты, медикаменты, косметику и т.д. Однако обычный холодильник нельзя взять с собой в путешествие. Для этой цели можно использовать специальную сумку с термоэлементом Пельтье.

Описание и сфера применения

Термоэлемент Пельтье – это специальное охлаждающее устройство, принцип действия которого основан на одноименном эффекте. Своим названием он обязан первооткрывателю Жану Шарлю Пельтье.

Суть эффекта заключается в том, что контакт разных проводников способствует выделению или поглощению тепла. Объясняется это следующим образом: контактная разность потенциалов заставляет электроны замедлять или ускорять свое движение. Соответственно, это приводит к выделению или поглощению тепловой энергии.

Элементы Пельтье нашли широкое применение в системе охлаждения. Они используются в автомобильных холодильниках, настольных охладителях, кулерах для воды и даже в процессорах компьютеров.

Технические характеристики

Как и все электронные устройства, элементы Пельтье имеют ряд технических характеристик, которые позволяют выбрать наиболее подходящий прибор. При покупке устройства необходимо обратить внимание на следующие показатели:

  • холодопроизводительность;
  • максимальный температурный перепад между сторонами элемента;
  • допустимую силу тока;
  • максимальное напряжение;
  • внутреннее сопротивление резистора;
  • коэффициент эффективности.

Все эти данные можно получить у производителя или найти в техническом паспорте устройства. Показатели следует подбирать в зависимости от цели, для которой приобретается прибор.

Внутреннее устройство и принцип работы

Элемент Пельтье представляет собой небольшой модуль, состоящий из двух пластин изоляторов, изготовленных из керамики. Между ними располагаются последовательно соединенные термопары. Соединение осуществляется с помощью медных шин. Количество термопар зависит от назначения устройства. Некоторые приборы могут иметь только одну пару, другие – несколько сотен.

Каждая термопара состоит из полупроводников р – типа и n – типа. Одна часть модуля контактирует с p-n парой, другая — с n-p. Сторона с p-n контактами нагревается, а противоположная, соответственно, охлаждается.

Расшифровка маркировок

Все термомодули имеют специальную маркировку, содержащую несколько букв и цифр. Данное обозначение легко расшифровывается:

  • первые две буквы всегда одинаковы – TE, они указывают на то, что это термоэлемент;
  • следующая буква обозначает размер: C – стандартный и S – маленький;
  • цифра, стоящая перед дефисом, показывает, сколько слоев в данном модуле;
  • первые три цифры после дефиса обозначают количество термопар;
  • последние две цифры несут информацию о величине номинального тока в Амперах.

Рассмотрим расшифровку на конкретном примере. На фото представлен термоэлемент стандартного размера с одним каскадом (слоем). Устройство имеет 127 термопар. А величина номинального тока равна 6 Амперам.

Плюсы и минусы устройства

Элемент Пельтье – это уникальное устройство, имеющее массу преимуществ. Среди них можно выделить следующие:

  • отсутствие движущихся деталей, жидкостей и газов;
  • бесшумная работа;
  • небольшие размеры;
  • возможность выполнения двух функций: нагревание и охлаждение.

Однако прибор имеет достаточное количество недостатков, из-за которых его нельзя использовать вместо обычного холодильника. Основными недостатками термоэлемета являются:

  • низкий КПД (прибор способен понизить температуру лишь на несколько градусов относительно окружающей среды);
  • отсутствие возможности работы без постоянного источника питания;
  • ограниченное число циклов запуск-отключение;
  • постепенное включение и отключение.

Элемент Пельтье используется во многих современных приборах, предназначенных для регулировки температуры. Устройство одновременно греется и охлаждается с разных сторон. Данный термоэлемент чаще всего используется в переносных или автомобильных холодильниках.

Охлаждение элементом Пельтье

Введение

Когда нам не хватает для разгона обычного воздушного кулера, когда мы уже не ищем лёгких путей, потому что они не помогут, тогда мы начинаем обращаться к более эффективным способам охлаждения процессоров. Таким эффективным, бесспорно, является водяное охлаждение, которое достаточно распространено у заграничных оверклокеров, но совсем не получило распространение у нас. Водяное охлаждение по эффективности можно сравнивать только с модулями Пельтье и дорогими кулерами типа Volcano7+. Мы много раз уже говорили про все достоинства и недостатки термоэлектрических модулей, и вот пришло время повстречаться с ними лицом к лицу.

Термоэлектрическая пластинка

AMD Athlon 1133

1200 МГц @ 1.88 В

Модуль Пельтье (он же TEC, термоэлектрическая пластинка, термонасос и т.д.) купить в России несложно. Более того, если вы купите его в онлайн-магазинах, то есть вероятность, что это будет наш, русский модуль. В России мы имеем заводы, изготавливающие и продающие термоэлектрические модули на экспорт. Наиболее известными считаются Санкт-Петербургские заводы Криотерм и Остерм. На заводе Остерм для вас могут изготовить термоэлектрическую пластинку на заказ, нужной мощности и нужных размеров. Как меня уверяли, для использования на компьютерах производитель даже может установить разъём питания PC-Plug на пластинку, но попавший к нам в термоэлектрический модуль имел только два проводка, которые даже зачищать пришлось самому.

Итак, мы уже ни раз говорили про термоэлектрические модули, но быстренько вспомнить основные тезисы не помешает. Термоэлектрические пластины используют эффект Пельтье (обратный эффект термопары_, заключающийся в том, что при протекании тока через два соприкасающихся полупроводника от одного к другому, пластина нагревается с одной стороны и охлаждается с другой, причём перепад температур на обоих сторонах пластины одинаков. За это свойство модуль Пельтье называют термонасосом. Сам по себе он не может охладить процессор. Он просто перекачивает выделяемое тепло от одной обкладки к другой — от процессора к кулеру. Получается, что термоэлектрический насос имеет холодную сторону, где тепло поглощается, и горячую, где выделяется. Причём, как и в случае с обычным насосом, выделяемое тепло должно куда-то отводиться, то есть, его надо охлаждать кулером. Но на горячей стороне термопары выделяется также тепло, образующееся в следствии потерь, так как по ней тоже течёт ток, а законы физики никто не отменял. В итоге кулер должен охладить не только выделяемое процессором тепло, но и тепло, выделяемое самой термоэлектрической пластинкой, так как эффективность у неё не 100% и сам модуль Пельтье сильно греется.

Читайте также:  Зубодробительная задачка с; очень простой математикой

Наш модуль Пельтье мощностью 78 Вт состоял из 128 термопар (8 рядов по 16 термопар в каждом). Он был изготовлен на заводе Остерм в Санкт-Петербурге. В каталоге продукции он именуется как K1-127-2.0/1.5S. Этот модуль имеет размеры 55×55 мм (аккурат с процессор Athlon/Duron), питается он от 12 В постоянного тока и с торцов промазан герметиком, чтобы конденсат, или влага не могли замкнуть цепи внутри пластинки и вывести её из строя. Как видно, конструкция продумана специально для оверклокеров.

Это однокаскадный модуль, его толщина составляет порядка 4 мм, что сопоставимо с толщиной процессора, поэтому крепление кулера, охлаждающего его горячую сторону, надо будет немного подогнуть в случае необходимости. А при инсталляции на сторону, к которой прилегает кулер, придётся не пожалеть термопасты, ибо хороший отвод тепла от горячей стороны позволит эффективнее охладить сам процессор. А площадь соприкосновения пластинки с радиатором, как видите, здесь большая. Намного больше, чем площадь прикосновения ядра процессора и холодной стороны пластинки. Устанавливать обычный кулер, рассчитанный на толщину одного только процессора на термоэлектрическую пластинку намного сложнее. Поэтому лучше всего использовать кулеры, крепящиеся к материнской плате через четыре отверстия вокруг гнезда, а не к самому гнезду. Здесь надо также учитывать, что из-за увеличивающийся толщины охлаждаемого тела (процессор + термопластинка) стальная скоба обычного кулера оказывает слишком большое давление на гнездо процессора и может его повредить, или отломать пластиковые зубчики крепления. Охлаждать термоэлектрический модуль надо хорошим, дорогим кулером, желательно с датчиком вращения вентилятора, потому что если он остановится, то совместно с процессором модуль Пельтье расплавит материнскую плату и сам выйдет из строя.

Про термоэлектрические модули пишут очень много, но в большинстве своём это всего лишь теория. Кто-то обещает понижение температуры процессора ниже нуля градусов по Цельсию, кто-то говорит про высокие скорости разогнанных процессоров, но те же, кто решается использовать термоэлектрические пластины для отвода тепла от процессора, сталкиваются с неожиданными, зачастую очень серьёзными проблемами.

Выбор модуля Пельтье

Прежде всего, как выбирать термоэлектрический модуль? Прежде всего, вам нужно знать ширину и длину процессора, или его ядра. В случае с процессорами, устанавливаемыми в гнездо, вам понадобится модуль, не больший размеров гнезда, но и брать слишком маленький не имеет смысла. Лучше всего, чтобы он был размером с процессор. Если же в компьютере установлен процессор в слот, то вам придётся покупать модуль размером с ядро процессора, хотя можете заказать и размером с картридж — будет стоить дороже. Потом вам понадобится знать мощность вашего процессора. Для некоторых она приведена в таблице мощностей процессоров. Если вашего процессора там нет — узнайте его мощность из документов на сайте производителя. Обычно, эта информация не скрывается от широких масс. Мощность модуля Пельтье должна быть не меньшей мощности вашего процессора, а чтобы почувствовать эффект, она должна быть большей раза в полтора-два. После того, как вы знаете мощность, убедитесь, что термоэлектрическая пластина выдаёт эту мощность именно на 12 Вольтах, а не на 36 и не на 24 В. В компьютере вам легче всего найти 12 В, и ни на какие другие предложения соглашаться нельзя. Если вы знаете разницу температур на холодной и горячей сторонах модуля Пельтье, то можете рассчитать и температуру ядра процессора с этим модулем. Формула здесь очень простая:

T=((мощность процессора)+(мощность модуля Пельтье))*(терм. сопротивление кулера)+(темп. воздуха)-(разность температур модуля)

Из этой формулы видно, что чем лучше кулер, тем эффективнее будет охлаждение. По краям обкладок TEC должен быть герметизирован, чтобы никакая влага не могла закоротить его электрические цепи. И было бы неплохо, если бы его провода заканчивались стандартным коннектором PC-Plug. Наш модуль имел следующие данные:

Производитель

Как видно, на блок питания при использовании термоэлектрического модуля ложится дополнительная весьма ощутимая нагрузка, так что этот момент тоже надо учитывать и покупать более мощный блок питания.

Установка модуля Пельтье

Вся мощность, рассеиваемая процессором (имеются в виду процессоры AMD), сосредоточена на небольшой площади — примерно 1 см 2 . Керамические пластины модуля Пельтье имеют низкую теплопроводность, поэтому в охлаждении процессора принимает участие не вся площадь термоэлектрической пластинки, а только та, которая непосредственно соприкасается с ядром процессора. Это вполне естественно, ведь тепло не может распространиться по всей площади холодной стороны модуля из-за низкой теплопроводности его обкладок. И если вы просто так установите модуль Пельтье на процессор, даже смазав его термопастой, вы рискуете сжечь мозг компьютера, ведь мощности тех нескольких термопар, располагающихся над процессором, будет недостаточно для отвода тепла от ядра, а другие участвовать в охлаждении не будут. Решить проблему может только хорошая медная прокладка между ядром процессора и термоэлектрическим модулем. Причём, если вы думаете, что вам будет достаточно установить обычную медную прокладку типа Thermaltak Copper Shim, то глубоко ошибаетесь. Эти прокладки не способны так эффективно распределить тепло по всей поверхности охладителя, как того требуется. Они вообще больше созданы для защиты от повреждения ядра, чем для помощи охлаждению, хотя с этим они тоже помогают справляться. Но для равномерного распределения тепла по поверхности модуля Пельтье вам понадобится медная пластинка, которая будет по размерам равняться модулю Пельтье и станет прокладкой между ядром процессора и холодной стороной TEC. Причём, такая пластинка должна быть ровной, не толстой, но и не слишком тонкой, чтобы равномерно распределять тепло по всему модулю охлаждения. Лучше всего её добыть из медного радиатора на процессор. Удалив рёбра из такого радиатора, мы получим уже отшлифованную с одной стороны ровную пластинку, которую останется лишь немного дополнительно обработать, обильно смазать термопастой и поместить между процессором и термоэлектрической пластиной. Сразу возникает вопрос: почему бы не сделать термоэлектрический модуль с медными обкладками? Я на этот вопрос ответить не в силах.

Читайте также:  Из прошлого и из будущего свежие китайские копии популярных автомобилей - – автомобильный журнал

Использование такой медной прокладки просто необходимо, если размер ядра процессора меньше размера термоэлектрического модуля, а в большинстве случаев это так и есть. Хотя, для процессоров Intel Pentium 4 и Celeron 4 формата Socket-478 она может и не потребоваться, ведь эти процессоры уже имеют встроенный распределитель тепла и они к тому же очень малы в размерах. Но вот в случае с процессорами AMD надо помнить, что медная прокладка ещё больше увеличит высоту, на которую надо устанавливать кулер. И я вам скажу — укрепить его будет не так-то просто.

Тестирование термоэлектрической пластины

Нам, можно сказать, повезло. Мы использовали материнскую плату SOYO DRAGON PLUS, на которую спокойно умещался один из лучших кулеров для процессоров AMD — Swiftech MCX462. Причём, укрепить его было тоже непросто — пружинки крепления к материнской плате были сжаты до предела. И если бы не защита дополнительной медной прокладкой Thermaltake Copper Shim, процессор бы погиб от ёрзающего кулера во время установки. По подсчётам, разогнанный процессор потреблял примерно 67.7 Вт вместо штатных 63 Вт.

Итак, если посмотреть на полученную систему охлаждения с торца, то снизу вверх это будет процессор AMD Athlon, прокладка Thermaltake Copper Shim, не увеличивающая высоту процессора, медная прокладка, добавляющая примерно 4.5 мм к высоте процессора, термоэлектрический модуль Пельтье, добавляющий ещё 4.6 мм к высоте процессора и сам кулер Swiftech MCX-462. То есть, мы увеличили толщину процессора примерно на 9 мм, хотя прокладку можно было бы сделать раза в два тоньше, но всё равно при сегодняшний кулерах с их креплением даже дополнительные 6 мм толщины процессора серьёзно осложнят установку кулера. Обе стороны термоэлектрического модуля и обе стороны медной прокладки обильно смазывались серебряной термопастой. Пластинка подключалась к блоку питания на напряжение 12В и, как полагается, устанавливалась на медную пластинку холодной стороной. Не смотря на дополнительную нагрузку (78 Ватт — всё же не шутка), блок питания выдержал и не давал сбоев. Для сравнения мы протестировали лучшие на сегодняшний день кулеры Swiftech MCX-462, Thermaltake Volcano7+ и систему водяного охлаждения Senfu WaterCooler II. Результаты перед вами:

Как видно, эффект от применения модуля Пельтье оправдывает все затраты и сложности, связанные с его покупкой и установкой. Явное преимущество над двумя самыми лучшими воздушными кулерами и над водяной системой охлаждения. При рассмотрении результатов надо учитывать, что модуль Пельтье охлаждался лучшим воздушным кулером, так что на более дешёвых кулерах он может показать гораздо более низкую производительность.

Выводы

Прежде чем вы пойдёте в ближайший магазин за модулем Пельтье, подумайте ещё раз — сможете ли вы обеспечить его необходимым охлаждением, потянет ли ваш блок питания дополнительную нагрузку, превосходящую сам процессор, сможете ли вы найти медную прокладку и укрепить дорогой кулер на процессор? Последний вопрос наиболее актуален, ведь из доступных на российском рынке кулеров сегодня для охлаждения термоэлектрической пластины можно рекомендовать лишь Volcano 7+, а он крепится скобой к гнезду процессора и без переделки крепления не станет на дополнительные 7-8 мм высоты процессора. Если вы включите термоэлектрическую пластинку без нагрузки, то есть, процессор будет либо вообще не греться, либо греться очень слабо, вы рискуете столкнуться с ситуацией, когда он охладится до точки росы и до образования на нём инея, что может привести к короткому замыканию контактов. Чтобы избежать этого, вам пригодилось бы термореле, отключающее модуль Пельтье, когда температура процессора равна комнатной. Дополнительное оборудование, личный опыт по защите от инея и установке кулера, — всё это рано, или поздно будет у настоящих оверклокеров, решивших охлаждать процессор одним из самых эффективных во всех отношениях способов — термоэлектрической пластиной, или модулем Пельтье.

Мы благодарим Санкт-Петербургский завод «Остерм» за предоставленные элементы Пельтье.

Михаил Дегтярёв (aka LIKE OFF)
10/06.2002

Ссылка на основную публикацию
Электрооборудование автомобиля ГАЗель Бизнес
Блоки предохранителей на ГАЗель ГАЗ-3302 и ГАЗ-2705, вставки 90 А В зависимости от года выпуска автомобиля ГАЗель ГАЗ-3302 и ГАЗ-2705...
Электродуговая сварка для начинающих технология, оборудование
Дуговая сварка для начинающих как правильно варить металл ручным способом Электрическая дуговая сварка — один из самых распространённых в наше...
Электроды для сварки алюминиевых изделий — Все о сварке
Сварка алюминия электродом в домашних условиях Особенности сварки алюминия вызывают определенные трудности при соединении этого металла. Разработанные технологии в той...
Электрооборудование автомобиля приборы освещения,сигнализация,система пуска двигателя,контрольно изм
Система освещения и световой сигнализации автомобиля Voyager-77 Система освещения обеспечивает работу автомобиля в ночное время. В систему освещения входят: передние...
Adblock detector