Как сделать автохолодильник на элементах пельтье. Винный холодильник своими руками. Холодильник на элементе Пельтье. Зачем нужны элементы Пельтье
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:
- Понадобится обыкновенный градусник. Лучше простой уличный. Градусник поместим в наш самодельный холодильник.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
Мастер построивший этот холодильник, инженер-электронщик с разнообразным кругом увлечений, от истории до спорта, от юриспруденции до путешествий. Последнее увлечение мастера изготовление вина в домашних условиях. И вот здесь пригодились его инженерные познания. Не для изготовления вина, для его хранения.
Вино должно хранится при низких температурах от 10 до 18°C максимум, а холодильники для его правильного хранения дороги. Тогда мастер решил изготовить такой холодильник сам.
Инструменты и материалы:
-Экструдированный пенополистирол;
-Алюминиевый скотч;
-Рулетка;
-Клей;
-Нож;
-Карандаш;
-Алюминиевые профили;
-Алюминиевый радиатор;
-Крепеж;
-Дрель;
-Элемент Пельтье;
-Текстолит;
-Вентилятор;
-Контролер для питания элемента Пельтье;
Шаг первый: требования к холодильнику
При проектировании мастер пытался учесть следующие требования:
-Температура внутри камеры не выше 18°C
-Невысокая потребляемая мощность 15-20 ВТ
-Работа на элементе Пельтье
-Контроллер с системой контроля и управления заданной температурой
Шаг второй: проектирование корпуса
При постановке вопроса из чего сделать корпус, мастер остановился на пеноплексе. Мастер объясняет свой выбор материала его низкой теплопроводностью, влагостойкостью, прочностью, легкостью в обработке.
Для холодильника мастер использовал плиты толщиной 4 см. Внутренние размеры холодильника 380 x 360 x 320 мм. В такой холодильник помещается четыре пятилитровых баллона с вином.
Шаг третий: изготовление камеры
Лист пеноплекса мастер отвез в мебельный цех и там его порезали по размерам. Сборку камеры мастер проводит с использованием клея.
После сборки камеры оклеивает ее алюминиевым скотчем.
Шаг четвертый: охлаждающий узел
Конструкция охлаждающего узла несложна. Как мы знаем, при подаче напряжения одна сторона элемента Пельтье охлаждается, другая нагревается. Поэтому расположить элемент внутри холодильника неэффективно. Мастер располагает элемент снаружи холодной стороной к внутреннему радиатору, а горячей к внешнему. Ниже элемента устанавливается вентилятор. Конструкция видна на фото.
Внутренний радиатор мастер устанавливает вверху камеры, это обусловлено опусканием холодного воздуха вниз.
Шаг пятый: контролер
Контролер имеет следующие параметры: измерение и регулировка температуру с погрешностью 0,1 градус в камере, ограничение потребляемой мощности, контроль температуру внешнего радиатора и включение вентилятора, непрерывное питание элементе Пельтье, сглаживание пульсации и скачков напряжения.
Мастер подчеркивает, что элемент Пельтье работает постоянно, просто с разной мощностью. Такая схема позволит элементу проработать гораздо дольше. Схема контролера размещена ниже, а более подробно почерпнуть информацию можно
Можно считать роскошью. А ведь это довольно полезная вещь. Сюда можно положить мороженое, газированную воду, перевозить любые замороженные продукты и много чего другого. В магазине за подобный девайс потребуют немалую сумму, поэтому есть смысл собрать автомобильный холодильник своими руками . К тому же это интересно, просто и в несколько раз дешевле. Еще можно сделать холодильник любой формы и размеров, чтобы он удобно вмещался на подготовленном в авто месте. По словам автора, стоимость подобной самоделки находится в пределах 1000 рублей.
В качестве охлаждающего элемента используется элемент Пельтье (это такая пластина, которая при подаче на нее напряжения с одной стороны нагревается, а с другой остывает). Также понадобится один или несколько (в зависимости от размеров холодильника) компьютерных кулеров с радиаторами. Их можно достать и бесплатно, если есть не нужные компьютеры.
Материалы и инструменты для самоделки:
- экструзионный пенополистирол;
- линейка;
- ручка, фломастер или другой пишущий инструмент;
- канцелярский нож;
- элементы Пельтье (можно купить, стоят не дорого);
- компьютерные кулеры с радиаторами;
- монтажная пена;
- провод с разъемом для прикуривателя;
- плата терморегулятора;
- паяльник, ножницы и другое.
Процесс изготовления холодильника:
Шаг первый. Изготовление контейнера
Вообще автор изначально хотел сделать термос-контейнер, который бы удерживал внутри холод. То есть для перевозки на небольшие расстояния охлажденных продуктов. Но далее контейнер превратился в полноценный холодильник.
Собирается контейнер из пенополистирола, в качестве клея используется монтажная пена. Это хорошо тем, что пена герметично заделывает все щели. Самое важно при конструировании - хорошая теплоизоляция, чем лучше будет сохраняться холод, тем эффективнее и экономнее будет работать холодильник.
Размеры можно выбирать любые, под свои потребности, автору для сборки хватило листа пенополистирола размерами 1200х600 мм и толщиной 50 мм. Лист просто разрезается по шаблону, а затем склеивается в заветную коробку с помощью монтажной пены.
На картинке можно увидеть схему для разделки листа, если есть желание собрать точно такой холодильник. На листе есть бортики, толщина которых составляет 20 мм, их нужно срезать со всех сторон, оставив нижний.
Для склеивания пену наносят и ждут 1 минуту, затем нужно прижать части на 5 минут и следить при этом за тем, чтобы они не сместились. В итоге лишним будет только маленький кусочек пенополистирола, он отмечен серым цветом на схеме.
После того как ящик будет готов, его можно покрасить. Красить нужно в два захода, так как краска может разъедать пенополистирол. Впрочем, желательно подобрать подходящую краску для этих целей. Весит контейнер 820 грамм, в нем довольно долго лежат замороженные продукты.
Шаг второй. Установка охлаждающего элемента
Чтобы сделать полноценный холодильник, необходим охлаждающий элемент, здесь он электрический - это элемент Пельтье. Особенность этого устройства в том, что когда на него подается напряжение, то одна его сторона становится очень холодной, а другая нагревается. Так вот, чтобы элемент Пельтье не перегорел, от его горячей стороны нужно отводить тепло. Отлично с этой задачей справляется кулер от компьютера с радиатором, который охлаждает процессор.
Максимально мощный элемент Пельтье обойдется порядка 130-150 рублей (мощность 60 Вт).
Чтобы с внутренней стороны радиатор не обмерзал, а воздух охлаждался равномерно, с внутренней стороны холодильника было решено также установить кулер. Чтобы система работала автономно, понадобится регулятор температуры с внешним датчиком, его стоимость находится в пределах 170 рублей.
Теперь степень холода в холодильнике будет контролировать электроника , это также снизит потери электроэнергии.
Элемент Пельтье автор устанавливает между двумя радиаторами, для лучшей теплоотдачи применяется термопаста. В итоге один радиатор будет охлаждать одну сторону элемента, а другой радиатор будет находится внутри холодильника и распределять по нему холода. Одного такого элемента достаточно, чтобы удерживать внутри холодильника температуру в -3 градуса при температуре окружающего воздуха +26. Если последовательно установить 2-3 таких элемента, то теоретически температуру в холодильнике можно понизить до -18 градусов.
Радиаторы соединяются между собой с помощью стандартных скоб, с помощью которых они крепятся к материнской плате. Еще понадобятся пластиковые хомуты. Наибольшей эффективности удалось достигнуть, когда оба вентилятора работали на выдув со стороны радиатора.
В качестве теплоизоляции использовались куски теплоизоляции для круглых труб
Шаг третий. Сборка конструкции
В крышке холодильника необходимо проделать отверстие для установки охладителя. По форме отверстие должно быть таким как на фото. Затем швы промазываются герметиком и устанавливается конструкция из радиаторов. Важно тут не перепутать, где холодная сторона, а где горячая. Крышку предварительно можно покрасить, при этом возрастает жесткость пенополистирола.
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.
