تجهیزات برودتی آنقدر در زندگی ما جا افتاده است که حتی تصور اینکه چگونه بدون آن ممکن است انجام شود، سخت است. اما طرح‌های مبرد کلاسیک برای استفاده موبایلی، مثلاً به عنوان کیسه کولر مسافرتی، مناسب نیستند.
برای این منظور از تاسیساتی استفاده می شود که در آنها اصل عملکرد بر اساس اثر پلتیه است. اجازه دهید به طور خلاصه در مورد این پدیده صحبت کنیم.
آن چیست؟
این اصطلاح به پدیده ترموالکتریکی اشاره دارد که در سال 1834 توسط طبیعت شناس فرانسوی ژان چارلز پلتیه کشف شد. ماهیت اثر آزاد شدن یا جذب گرما در منطقه ای است که هادی های نامشابه در تماس هستند و از طریق آن جریان الکتریکی عبور می کند.
مطابق با تئوری کلاسیک، توضیح زیر در مورد این پدیده وجود دارد: یک جریان الکتریکی، الکترون‌ها را بین فلزات منتقل می‌کند، که می‌تواند بر اساس اختلاف پتانسیل تماس در هادی‌های ساخته شده از آنها، حرکت آنها را تسریع یا کند کند. مواد مختلف. بر این اساس با افزایش انرژی جنبشی به گرما تبدیل می شود.
بر روی هادی دوم، روند معکوس مشاهده می شود که مطابق با قانون اساسی فیزیک نیاز به پر کردن انرژی دارد. این به دلیل نوسانات حرارتی است که باعث خنک شدن فلزی می شود که هادی دوم از آن ساخته شده است.
فن آوری های مدرن امکان ساخت عناصر نیمه هادی - ماژول ها را با حداکثر اثر ترموالکتریک فراهم می کند. منطقی است که به طور خلاصه در مورد طراحی آنها صحبت کنیم.
دستگاه و اصل کار
ماژول های مدرن ساختاری متشکل از دو صفحه عایق (معمولاً سرامیکی) هستند که ترموکوپل هایی به صورت سری بین آنها متصل شده اند. یک نمودار ساده از چنین عنصری را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.
نامگذاری ها:
- A - مخاطبین برای اتصال به منبع تغذیه؛
- B سطح داغ عنصر است.
- ج - سمت سرد؛
- د - هادی های مسی؛
- E یک نیمه هادی مبتنی بر اتصال p است.
- F یک نیمه هادی نوع n است.
طراحی به گونه ای ساخته شده است که هر طرف ماژول با p-n یا تماس می گیرد انتقال n-p(بسته به قطبیت). مخاطبین p-nگرم کردن، n-p - سرد کردن (شکل 3 را ببینید). بر این اساس، اختلاف دما (DT) در طرفین عنصر رخ می دهد. برای یک ناظر، این اثر مانند انتقال انرژی حرارتی بین دو طرف ماژول به نظر می رسد. قابل توجه است که تغییر در قطبیت منبع منجر به تغییر در سطوح گرم و سرد می شود.
برنج. 3. A - طرف گرم ترموکوپل، B - سمت سرد مشخصات فنی
ویژگی های ماژول های ترموالکتریک با پارامترهای زیر توصیف می شود:
- ظرفیت خنک کننده (Q max)، این مشخصه بر اساس حداکثر جریان مجاز و اختلاف دما بین دو طرف ماژول، اندازه گیری شده بر حسب وات تعیین می شود.
- حداکثر اختلاف دما بین دو طرف عنصر (DT max)، پارامتر برای شرایط ایده آل داده می شود، واحد اندازه گیری درجه است.
- قدرت جریان مجاز مورد نیاز برای اطمینان از حداکثر اختلاف دما - I max.
- حداکثر ولتاژ U max مورد نیاز برای جریان I max برای رسیدن به اختلاف پیک DT max .
- مقاومت داخلی ماژول - مقاومت، با اهم نشان داده شده است.
- ضریب کارایی - COP (مخفف انگلیسی - ضریب عملکرد)، در واقع این کارایی دستگاه است که نسبت خنک کننده به مصرف برق را نشان می دهد. برای عناصر ارزان قیمت، این پارامتر در محدوده 0.3-0.35 است، برای مدل های گران تر به 0.5 نزدیک می شود.
علامت گذاری
در نظر بگیرید که چگونه علامت گذاری معمولی ماژول ها با استفاده از مثال شکل 4 رمزگشایی می شود.
شکل 4. ماژول Peltier با علامت TES1-12706 علامت گذاری به سه گروه معنادار تقسیم می شود:
- تعیین عنصر دو حرف اول همیشه بدون تغییر هستند (TE) که نشان می دهد این یک عنصر حرارتی است. بعدی نشان دهنده اندازه است، ممکن است حروف "C" (استاندارد) و "S" (کوچک) وجود داشته باشد. رقم آخر نشان می دهد که چند لایه (آبشار) در عنصر وجود دارد.
- تعداد ترموکوپل های ماژول نشان داده شده در عکس 127 عدد می باشد.
- مقدار جریان نامی در آمپر داریم - 6 A.
علامت گذاری سایر مدل های سری TEC1 به همین ترتیب خوانده می شود، به عنوان مثال: 12703، 12705، 12710 و غیره.
کاربرد
علیرغم راندمان نسبتا پایین، عناصر ترموالکتریک به طور گسترده در اندازه گیری، محاسبات و لوازم خانگی. ماژول ها یک عنصر عملیاتی مهم دستگاه های زیر هستند:
- واحدهای تبرید سیار;
- ژنراتورهای کوچک برای تولید برق؛
- سیستم های خنک کننده در رایانه های شخصی؛
- کولرهای خنک کننده و گرمایش آب؛
- رطوبت گیر و غیره
اجازه دهید مثال های مفصلی از استفاده از ماژول های ترموالکتریک ارائه دهیم.
یخچال روی عناصر پلتیه
واحدهای تبرید ترموالکتریک از نظر عملکرد به طور قابل توجهی نسبت به همتایان کمپرسور و جذب پایین تر هستند. اما آنها دارای مزایای قابل توجهی هستند که استفاده از آنها را در شرایط خاصی مصلحت می کند. این مزایا عبارتند از:
- سادگی طراحی؛
- مقاومت در برابر لرزش؛
- عدم وجود عناصر متحرک (به استثنای فن در حال دمیدن رادیاتور)؛
- سطح سر و صدای کم؛
- ابعاد کوچک؛
- توانایی کار در هر موقعیتی؛
- عمر طولانی؛
- مصرف انرژی کم
این ویژگی ها برای نصب موبایل ایده آل هستند.
عنصر پلتیه به عنوان مولد الکتریسیته
ماژول‌های ترموالکتریک می‌توانند به عنوان ژنراتور برق عمل کنند، اگر یکی از طرف‌های آنها در معرض گرمایش اجباری قرار گیرد. هر چه اختلاف دما بین طرفین بیشتر باشد، جریان تولید شده توسط منبع بیشتر است. متأسفانه، حداکثر دما برای ترموژنراتور محدود است، نمی تواند بالاتر از نقطه ذوب لحیم کاری استفاده شده در ماژول باشد. نقض این شرط منجر به خرابی عنصر می شود.
برای تولید سریال ترموژنراتورها از ماژول های مخصوص با لحیم نسوز استفاده می شود که می توان آنها را تا دمای 300 درجه سانتی گراد گرم کرد. در عناصر معمولی، به عنوان مثال، TEC1 12715، حد 150 درجه است.
از آنجایی که کارایی این گونه دستگاه ها کم است، تنها در مواردی استفاده می شوند که امکان استفاده از منبع کارآمدتر وجود نداشته باشد. انرژی الکتریکی. با این وجود، ژنراتورهای حرارتی 5-10 وات در بین گردشگران، زمین شناسان و ساکنان مناطق دور افتاده مورد تقاضا هستند. تأسیسات ثابت بزرگ و قدرتمندی که با سوخت با دمای بالا کار می کنند برای تأمین انرژی واحدهای توزیع گاز، تجهیزات ایستگاه هواشناسی و غیره استفاده می شود.
برای خنک کننده CPU
اخیراً، این ماژول ها در سیستم های خنک کننده برای CPU رایانه های شخصی استفاده می شوند. با توجه به راندمان پایین عناصر حرارتی، مزایای چنین ساختارهایی نسبتاً مشکوک است. به عنوان مثال، برای خنک کردن یک منبع حرارتی 100-170 وات (مطابق با بیشتر مدل های مدرن CPU)، باید 400-680 وات هزینه کنید، که نیاز به نصب یک منبع تغذیه قدرتمند دارد.
دومین مشکل این است که یک پردازنده بدون بار انرژی حرارتی کمتری منتشر می کند و ماژول می تواند آن را در زیر نقطه شبنم خنک کند. در نتیجه، تراکم شروع به شکل گیری می کند، که به طور تضمینی، الکترونیک را غیرفعال می کند.
کسانی که تصمیم به ایجاد چنین سیستمی به تنهایی دارند باید یک سری محاسبات را برای انتخاب قدرت ماژول برای یک مدل پردازنده خاص انجام دهند.
با توجه به موارد فوق، استفاده از این ماژول ها به عنوان سیستم خنک کننده CPU به صرفه نیست، علاوه بر این، آنها می توانند باعث خروج شوند. فناوری رایانهخراب.
وضعیت در مورد دستگاه های هیبریدی کاملاً متفاوت است، جایی که ماژول های حرارتی همراه با خنک کننده آب یا هوا استفاده می شوند.
ثابت شده است که سیستم های خنک کننده هیبریدی موثر هستند، اما هزینه بالا حلقه تحسین کنندگان آنها را محدود می کند.
تهویه مطبوع بر روی عناصر پلتیه
از نظر تئوری، چنین دستگاهی از نظر ساختاری بسیار ساده تر از سیستم های کنترل آب و هوای کلاسیک خواهد بود، اما همه اینها به عملکرد پایین منتهی می شود. خنک کردن حجم کمی از یخچال یک چیز است، یک چیز دیگر اتاق یا داخل ماشین است. دستگاه های تهویه مطبوع مبتنی بر ماژول های ترموالکتریک نسبت به تجهیزاتی که بر روی یک مبرد کار می کنند، برق بیشتری (3-4 برابر) مصرف می کنند.
در مورد استفاده به عنوان یک سیستم کنترل آب و هوای خودرو، قدرت یک ژنراتور استاندارد برای کار با چنین دستگاهی کافی نخواهد بود. جایگزینی آن با تجهیزات پربازده منجر به مصرف سوخت قابل توجهی می شود که مقرون به صرفه نیست.
در انجمن های موضوعی، بحث های مربوط به این موضوع به صورت دوره ای و متنوع مطرح می شود طرح های خانگی، اما یک نمونه اولیه کار کامل هنوز ایجاد نشده است (بدون احتساب تهویه مطبوع برای همستر). زمانی که ماژول هایی با کارایی قابل قبول تر در دسترس قرار گیرند، کاملاً ممکن است که وضعیت تغییر کند.
برای خنک کردن آب
عنصر ترموالکتریک اغلب به عنوان خنک کننده برای کولرهای آبی استفاده می شود. این طرح شامل: یک ماژول خنک کننده، یک کنترلر کنترل شده توسط ترموستات و یک بخاری است. چنین پیاده‌سازی بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر از مدار کمپرسور است؛ علاوه بر این، قابل اعتمادتر و کارکرد آسان‌تر است. اما معایب خاصی نیز وجود دارد:
- آب کمتر از 10-12 درجه سانتیگراد خنک نمی شود.
- خنک کننده بیشتر از آنالوگ کمپرسور طول می کشد ، بنابراین چنین خنک کننده ای برای دفتری با تعداد زیادی کارمند مناسب نیست.
- دستگاه حساس است دمای بیروندر یک اتاق گرم، آب به حداقل درجه حرارت خنک نمی شود.
- نصب در اتاق های گرد و غبار توصیه نمی شود، زیرا ممکن است فن مسدود شود و ماژول خنک کننده از کار بیفتد.
کولر آبی رومیزی با استفاده از عنصر Peltier خشک کن هوا روی عناصر Peltier
بر خلاف کولر، اجرای خشک کن هوا بر روی عناصر ترموالکتریک کاملا امکان پذیر است. طراحی بسیار ساده و ارزان است. ماژول خنک کننده دمای هیت سینک را در زیر نقطه شبنم کاهش می دهد و باعث می شود رطوبت موجود در هوای عبوری از دستگاه روی آن ته نشین شود. آب ته نشین شده به یک مخزن ذخیره مخصوص تخلیه می شود.
با وجود راندمان پایین، در این مورد راندمان دستگاه کاملا رضایت بخش است.
چگونگی اتصال؟
برای اتصال ماژول مشکلی وجود نخواهد داشت، لازم است ولتاژ ثابتی را به سیم های خروجی اعمال کنید، مقدار آن در برگه اطلاعات عنصر نشان داده شده است. سیم قرمز باید به مثبت و سیم سیاه به منفی وصل شود. توجه! معکوس کردن قطبیت سطوح سرد شده و گرم شده را تعویض می کند.
چگونه عنصر Peltier را برای عملکرد بررسی کنیم؟
ساده ترین و راه قابل اعتماد- لمسی. لازم است ماژول را به منبع ولتاژ مناسب وصل کرده و اضلاع مختلف آن را لمس کنید. برای یک عنصر کارآمد، یکی از آنها گرمتر و دیگری سردتر خواهد بود.
اگر منبع مناسبی در دسترس نباشد، به یک مولتی متر و یک فندک نیاز دارید. فرآیند تأیید بسیار ساده است:
- پروب ها را به پایانه های ماژول وصل کنید.
- یک فندک روشن را به یکی از طرفین بیاورید.
- خوانش های ساز را مشاهده کنید
در ماژول کار، هنگامی که یکی از طرفین گرم می شود، جریان الکتریکی ایجاد می شود که بر روی پانل ابزار نمایش داده می شود.
چگونه یک عنصر Peltier را با دستان خود بسازیم؟
تقریباً غیرممکن است که یک ماژول خودساخته در خانه بسازید، بیشتر از آن، با توجه به هزینه نسبتا پایین آنها (حدود 4 تا 10 دلار) منطقی نیست. اما می توانید دستگاهی را جمع آوری کنید که در پیاده روی مفید باشد، به عنوان مثال، یک ژنراتور ترموالکتریک.
برای تثبیت ولتاژ، باید یک مبدل ساده روی تراشه آی سی L6920 مونتاژ کنید.
ولتاژی در محدوده 0.8-5.5 ولت به ورودی چنین مبدل اعمال می شود ، در خروجی 5 ولت پایدار تولید می کند که برای شارژ بیشتر دستگاه های تلفن همراه کاملاً کافی است. اگر از یک عنصر مرسوم پلتیه استفاده شود، محدوده دمای عملیاتی طرف گرم شده باید به 150 درجه سانتیگراد محدود شود. برای اینکه ردیابی را خسته نکنید، بهتر است از یک قابلمه آب جوش به عنوان منبع حرارت استفاده کنید. در این حالت، المنت تضمین شده است که بیش از 100 درجه سانتیگراد گرم نمی شود.
کولر ترموالکتریک پلتیر. 
اصل کار از شبکه به عاریت گرفته شد: عملکرد عناصر پلتیه بر اساس تماس دو ماده رسانا با سطوح مختلف انرژی الکترون در باند رسانایی است. هنگامی که جریان از تماس چنین موادی عبور می کند، الکترون باید انرژی به دست آورد تا به یک نوار رسانایی انرژی بالاتر از نیمه هادی دیگر حرکت کند. هنگامی که این انرژی جذب می شود، نقطه تماس نیمه هادی ها سرد می شود. هنگامی که جریان در جهت مخالف جریان می یابد، علاوه بر اثر حرارتی معمول، نقطه تماس نیمه هادی ها گرم می شود.
هنگامی که فلزات با هم تماس پیدا می کنند، اثر پلتیه آنقدر کوچک است که در پس زمینه پدیده های گرمایش اهمی و هدایت حرارتی نامرئی است. بنابراین، زمانی که کاربرد عملیاز دو نیمه هادی استفاده می شود.
ظاهر عنصر پلتیه هنگامی که جریان عبور می کند، گرما از یک طرف به طرف دیگر منتقل می شود. عنصر Peltier از یک یا چند جفت موازی پاهای نیمه هادی کوچک - یک نوع n و یک نوع p در یک جفت (معمولاً بیسموت تلورید، Bi2Te3 و سیلیکون تشکیل شده است. ژرمانید) که با استفاده از جامپرهای فلزی به صورت جفت به هم متصل می شوند. جامپرهای فلزی به طور همزمان به عنوان تماس های حرارتی عمل می کنند و با یک فیلم غیر رسانا یا صفحه سرامیکی عایق بندی می شوند. جفت های متوازی الاضلاع به گونه ای به هم وصل شده اند که یک اتصال سری از بسیاری از جفت نیمه هادی ها تشکیل می شود. نوع مختلفرسانایی، به طوری که در بالا یک دنباله از ترکیبات (n->p) و در پایین مخالف (p->n) وجود دارد. جریان الکتریکی به صورت متوالی در تمام موازی‌پایه‌ها جریان می‌یابد. بسته به جهت جریان، کنتاکت های بالایی خنک می شوند و قسمت های پایینی گرم می شوند - یا برعکس. بنابراین، جریان الکتریکی گرما را از یک طرف عنصر پلتیه به طرف مقابل منتقل می کند و اختلاف دما ایجاد می کند.
اگر قسمت گرمایش المنت پلتیر خنک شود، مثلاً با رادیاتور و فن، دمای طرف سرد حتی کمتر می شود. در سلول های تک مرحله ای، بسته به نوع سلول و مقدار جریان، اختلاف دما می تواند تقریباً تا 70 K / باشد.
شرح
عنصر پلتیر یک مبدل ترموالکتریک است که با اعمال ولتاژ قادر به ایجاد اختلاف دما در صفحات، یعنی پمپاژ گرما یا سرما می باشد. عنصر Peltier ارائه شده برای خنک کردن بردهای کامپیوتر (با توجه به حذف گرمای کارآمد)، برای خنک کردن یا گرم کردن آب استفاده می شود. عناصر پلتیر نیز در پرتابل و یخچال ماشین.
المان پلتیر با برق 12 ولت تغذیه می شود.
برای گرم کردن، فقط باید قطبیت را معکوس کنید.
ابعاد صفحه پلتیر: 40*40*4 میلی متر.
محدوده دمای کاری: از -30 تا +70؟..
ولتاژ کاری: 9-15 ولت.
مصرف جریان: 0.5-6 A.
حداکثر توان مصرفی: 60 وات
چیز کوچک خنده دار، ما 12v + وصل می کنیم - خنک می شود، قطبیت را تغییر می دهیم، گرم می شود. در بسیاری از یخچال های خودکار استفاده می شود، حداقل من یکی دارم. می توانید یک طرح فشرده را به محفظه دستکش وصل کنید تا شکلات در تابستان ذوب نشود! برای استفاده و استفاده موثر، باید از رادیاتور خنک کننده استفاده کنید - به عنوان آزمایش، من از رادیاتور پردازنده کامپیوتر استفاده کردم، با کولر امکان پذیر است. هرچه خنک کننده بهتر باشد، اثر پلتیه قوی تر و کارآمدتر است. هنگام اتصال به باتری خودرو با ولتاژ 12 ولت، مصرف جریان 5 آمپر بود. در یک کلام، عنصر حریص است. از آنجایی که من هنوز کل مدار را مونتاژ نکرده ام، اما فقط آزمایش های آزمایشی را بدون اندازه گیری دمای دستگاه انجام داده ام. بنابراین در حالت خنک کننده به مدت 10 دقیقه، یخ زدگی خفیف ظاهر شد. در حالت گرمایش، آب در فنجان فلزی به جوش آمد. راندمان این کولر البته کم است، اما قیمت دستگاه و فرصت آزمایش، خرید را توجیه می کند. بقیه در عکس هست 
من به شراب سازی خانگی علاقه مند شدم.
در مورد فواید شراب بخوانید. به دنبال شراب خوب من از آنچه در فروشگاه ها به ما ارائه می دهند وحشت کردم. حتی شراب کریمه هم فایده ای ندارد. همه چیز پاستوریزه است، از کنسانتره، مقدار زیادی مواد نگهدارنده ساخته شده است. شراب های خانگی بی خدایی رقیق می شوند ، معلوم نیست در چه شرایطی درست می شوند ...
تصمیم گرفتم خودم شراب درست کنم. معلوم شد فقط یک شراب انگور فوق العاده است. خشک، تقریباً بدون قند، غنی، بسیار سالم، رفع خستگی...
اما مهمتر از همه، من از روند ساخت شراب خوشم آمد. خیلی جالبه و وقت زیادی نمیگیره من به تازگی از شراب سازی و، فکر می کنم، برای مدت طولانی غافل شدم.
من زندگی می کنم در ساختمان آپارتمان. برای تولید شراب، این هیچ مشکلی ایجاد نمی کند. من انبار بزرگی دارم که شراب در آن تخمیر و بالغ می شود. نحوه نگهداری شراب مدت زمان طولانیغیر واضح.
نیاز اصلی برای ذخیره شراب دمای پایین است:
- 10-14 درجه سانتیگراد برای شراب های خشک؛
- تا 16 درجه سانتی گراد برای دسر؛
- حداکثر دمای مجاز 18 درجه سانتی گراد;
- 24 درجه سانتی گراد فقط شراب را می کشد.
- تغییرات دمایی ناگهانی مجاز نیست.
مشکل با این واقعیت تشدید می‌شود که من شراب‌های خشک را ترجیح می‌دهم که به پایین‌ترین دمای نگهداری نیاز دارند.
شماره گیری شد موتورهای جستجودرخواست ها.
- ذخیره سازی شراب خانگی.
- ذخیره سازی شراب در خانه
- نحوه نگهداری شراب در آپارتمان
تنها مشاوره واقعیدر این مناسبت - یک خنک کننده شراب بخرید. اما این دستگاه ها گران هستند. به خصوص اگر حجم مفید یخچال شراب برای 6-8 بطری نیست، بلکه برای چندین بطری شراب است. فکر نمی کنم کسی بسازد شراب خانگیحجم کمتر از 10-20 لیتر.
الزامات یک خنک کننده شراب
تصمیم گرفتم با دستان خودم یک خنک کننده شراب درست کنم. این مشکل نسبت به یخچال های سنتی مواد غذایی با این واقعیت ساده شده است:
- دما در یک یخچال شراب می تواند 14 درجه سانتیگراد و حتی 18 درجه سانتیگراد باشد، در حالی که در یخچال مواد غذایی 4-5 درجه سانتیگراد و در فریزر - 20 درجه سانتیگراد. واضح است که برای حفظ بیشتر درجه حرارت بالانیروی یخچال کمتر مورد نیاز است، نیاز کمتری به عایق حرارتی است. کافی است دما را نسبت به آن کاهش دهید محیطدر دمای 5-7 درجه سانتیگراد
- هیچ شرایط خاصی برای خنک کننده شراب نصب شده در انبار وجود ندارد. ظاهر. اما اگر کسی چنین الزاماتی دارد، همیشه می توانید یک قاب بیرونی زیبا از تخته نئوپان چند لایه سفارش دهید.
- یخچال شراب به ندرت باز می شود. این امر الزامات بسته شدن درب یخچال را به طور کلی برای روش بسته شدن کیس ساده می کند.
اما الزامات خاصی وجود دارد:
- نه مصرف برق بالا، به طوری که در قبوض برق شکسته نشود. من تصمیم گرفتم که حداکثر مصرف برق نباید بیش از 15-20 وات باشد.
- سیستم کنترل باید دما را با دقت بالا و مهمتر از همه - بدون نوسانات شدید حفظ کند. ترموستات های رله ای از یخچال ها در اینجا کاملاً غیرقابل قبول هستند.
- به عنوان یک دستگاه خنک کننده -. این الزامات خاص تری را بر کنترل کننده یخچال تحمیل می کند. در پست بعدی در این مورد خواهم نوشت.
دو نکته آخر اصلا مرا نمی ترساند. من کنترلرهای الکترونیکی بسیار پیچیده تری طراحی کرده ام. با نگاه کردن به آینده، چیزی می گویم، اما عالی شد. اندازه کوچک، کاملا ساده، راحت، با عملکرد بالا. دما را با دقت 0.1 درجه سانتیگراد حفظ می کند، قدرت را به یک سطح معین محدود می کند و سیگنال های ایده آل برای عنصر Peltier تولید می کند.
بدنه کولر شراب، انتخاب مواد عایق حرارتی.
بدنه یخچال از چه چیزی ساخته شده است؟ من از طریق مقالاتی در مورد این موضوع در اینترنت نگاه کردم، فکر کردم، در مورد مواد عایق حرارتی مطالعه کردم. من به یک نتیجه گیری صریح رسیدم - بدنه باید از فوم پلی استایرن اکسترود شده ساخته شود. این ماده دارای:
- هدایت حرارتی کم - 0.031 W / (m ° K).
- مقاومت به اندازه کافی بالا، مقاومت در برابر تغییر شکل. گزینه هایی با تراکم های مختلف وجود دارد. استحکام به چگالی بستگی دارد.
- او مطلقاً از رطوبت نمی ترسد.
- علاوه بر این، پلی استایرن منبسط شده سبک وزن، آسان برای پردازش، آسان برای چسباندن است.
بر خلاف گزینه های موجود در اینترنت که در آن یک جعبه پلاستیکی مناسب گرفته شده و غلاف شده است مواد عایق حرارت، تصمیم گرفتم جعبه یخچال را از تخته های فوم پلی استایرن درست کنم و روی آن را با فویل آلومینیومی بچسبانم.
من محاسبه کردم که به بشقاب هایی با ضخامت 5 سانتی متر نیاز دارم، اما در نزدیک ترین فروشگاه، صفحات پنوپلکس را با ضخامت تنها 4 سانتی متر پیدا کردم و به این نتیجه رسیدم که برای آزمایش اول مناسب است. و آنها را خرید.
با توجه به اندازه قفسه‌های انباری، تصمیم گرفتم یخچالی با حجم قابل استفاده برای نگهداری چهار سیلندر پنج لیتری بسازم.
آن ها برای 20 لیتر شراب در چهار بطری. هر سیلندر 5 لیتر، ارتفاع 265 میلی متر، قطر 180 میلی متر. ابعاد داخلی یخچال 380*360*320 میلی متر می باشد.
معلوم شد که در اینجا یک نقاشی از قطعات مورد است.
فهرست قطعات.
این جزئیات را برای من اره کردم مغازه لوازم منزلبرای 200 روبل با مواد فوق العاده برخورد می شود. لبه ها کاملاً یکنواخت هستند.
از این چسب استفاده کرد. احتمالا گزینه های زیادی وجود دارد، اما من این چسب را دوست داشتم.
باقی مانده است که جزئیات را بچسبانیم. کار سختی نبود فقط روی درز اول خیلی چسب ریخت.
درب را چسب زدم و امتحان کردم تا چسب کاملا خشک شود. کاملا مناسب است.
سپس روی بدنه یخچال بیرون و داخل را با چسب آلومینیومی چسباندم.
بدنه یخچال آماده است.
طراحی واحد خنک کننده یخچال.
طراحی بهینه واحد خنک کننده واضح است. سعی کردم نحوه دیدن او را به تصویر بکشم.
وظیفه انتقال سرما از یک سطح به یخچال روی رادیاتور داخلی آن است. و دیگری، رادیاتور خارجی باید گرما را از سطح دیگر عنصر Peltier حذف کند.
دیواره جانبی یخچال با یک میله آلومینیومی به ابعاد 40x40 میلی متر با زاویه راست سوراخ می شود. از طریق آن سرما به بدن منتقل می شود. در محفظه یک رادیاتور داخلی به آن پیچ می شود که هوا را خنک می کند. از طرف دیگر، عنصر Peltier توسط یک رادیاتور خارجی بر روی میله فشرده می شود. طراحی از نظر فرآیندهای فیزیکی بهینه است:
- حداقل طول نوار انتقال سرد
- سطح مقطع بزرگ و از این رو هدایت حرارتی خوب میله.
- حداقل سطح تماس قسمت سرد واحد خنک کننده با هوا که به معنای حداقل تلفات است.
- رادیاتور خارجی به موازات دیوار جانبی قرار دارد و عرض کل یخچال را فقط با ضخامت خود افزایش می دهد. ضخامت رادیاتور معمولا کمتر از سایزهای دیگر است.
ایرادات:
- سطوح جانبی میله آلومینیومی باید کاملاً صاف باشد.
- کار فرز پیچیده مورد نیاز است.
- بست پیچیده رادیاتورهای خارجی و داخلی.
من یک مهندس الکترونیک، برنامه نویس هستم، نه یک مکانیک. من مطمئن هستم که بسیاری از افراد طراحی مکانیکی این واحد را بهتر از من خواهند کرد. اگر دارید عکس بفرستید
من برای چنین گزینه طراحی کافی نبودم. من یک طراحی ساده تر اما کم کارآمدتر از واحد خنک کننده ایجاد کردم.
از تصاویر مشخص است.
رادیاتور داخلی در بالای محفظه قرار دارد زیرا هوای سرد به پایین فرو می رود.
معایب این طراحی واضح است:
- میله انتقال سرما با بخش کوچک، فقط 40 × 10 میلی متر.
- بخش قابل توجهی از آن در تماس با هوای گرم، تلفات زیاد است. باید با مواد عایق پوشانده شود.
- عرض یخچال به دلیل عرض رادیاتور افزایش می یابد. به همین دلیل نمی توان از رادیاتور عریض استفاده کرد.
خوب، چه می تواند. دوباره انجام خواهم داد.
کنترل کننده یخچال روی عنصر Peltier.
کنترلر بسیار موفق بود. به او تقدیم خواهد شد. من آنجا هستم:
- من به طور مفصل در مورد مشکلات کنترل عنصر Peltier به شما خواهم گفت.
- من عملکرد کنترلر را شرح خواهم داد.
- من میارم مدارکنترل کننده عنصر Peltier.
- من نرم افزار مقیم را ارائه خواهم کرد.
در حال حاضر، فقط می گویم که کنترلر:
- دمای هوای یخچال را با دقت 0.1 درجه سانتی گراد اندازه گیری و تثبیت می کند.
- مصرف برق را به مقدار معین محدود می کند.
- دمای هیت سینک خارجی را کنترل می کند و فن را کنترل می کند.
- یک جریان پیوسته و ولتاژ روشن ایجاد می کند، موج ها و نوسانات ولتاژ را صاف می کند.
- تشخیص سنسورهای دما و سایر عناصر سیستم را انجام می دهد.
مخصوصاً می خواهم توجه داشته باشم که کنترل کننده برای کنترل دما عنصر Peltier را روشن و خاموش نمی کند، بلکه به تدریج قدرت عنصر را کاهش یا افزایش می دهد. بنابراین، یک جریان همیشه از عنصر Peltier عبور می کند، تنها مقدار آن توسط دمای محیط تعیین می شود.
این اجازه می دهد:
- مقدار دما را بدون کوچکترین جهش ثابت نگه دارید.
- عنصر Peltier دارای تعداد محدودی از روشن و خاموش کردن است. رگولاتور رله 2 ماه دیگه خرابش میکنه.
- برای جلوگیری از مشکل مرتبط با این واقعیت که صفحه ای که سرما را به محفظه یخچال منتقل می کند، هنگامی که عنصر Peltier خاموش می شود، شروع به انتقال گرما از رادیاتور خارجی به آن می کند.
ابعاد کنترلر فقط 110*90*38 میلی متر است.
و این کل یخچال است.
تست ها و ارزیابی نتایج.
کنترلر نمایش می دهد:
- دمای هوا در یخچال؛
- دمای رادیاتور؛
- قدرت الکتریکی در عنصر پلتیه
بنابراین، آزمایش بدون دستگاه های اضافی انجام شد. من فقط یخچال را روشن کردم و نگاه کردم.
با تنظیم حداکثر توان 15 وات، دمای یخچال 6 درجه سانتیگراد نسبت به محیط کاهش می یابد.
در اصل، این برای ذخیره شراب کافی است. من نتایج بهتری می خواستم، اما با در نظر گرفتن نقص های طراحی واحد خنک کننده، نتیجه بد نبود.
علاوه بر این، تعداد زیادی ذخایر برای افزایش کارایی یخچال باقی مانده است:
- همانطور که در بالا توضیح داده شد، طراحی واحد خنک کننده را تغییر دهید.
- راهنماهای هوا را برای فن اضافه کنید.
- مساحت رادیاتورهای خارجی و داخلی را افزایش دهید.
- ضخامت دیواره های یخچال را حداقل تا مقدار محاسبه شده (50 میلی متر) افزایش دهید.
من مطمئن هستم که این می تواند به طور قابل توجهی کارایی یخچال را افزایش دهد:
- دستیابی به دمای پایین تر
- مصرف برق را کم کن، هرچند 15 وات به نظر من زیاد نیست.
به هر حال، تمام خنک کننده های شراب صنعتی دارای یک فن دوم روی هیت سینک داخلی هستند. من فکر می کنم که شما می توانید بدون آن، همانطور که در این توسعه انجام شد، انجام دهید.
در مورد هزینه ساخت این توسعه، من دقیقاً حساب نکردم، اما فکر نمی‌کنم بیش از هزار نفر برای مواد مورد نیاز مصرف کنم. همه چیز دیگر از مواد بداهه ساخته شده بود. ارزیابی همه چیز با هم دشوار است، من فکر می کنم که 2-2.5 هزار می توان برآورده کرد.
می توانید نشانه گذاری کنید.
می توان آن را لوکس دانست. اما این زیباست چیز مفید. در اینجا می توانید بستنی، آب گازدار قرار دهید، هر گونه غذای یخ زده و خیلی چیزهای دیگر را حمل کنید. در فروشگاه برای چنین دستگاهی به مقدار قابل توجهی نیاز دارند ، بنابراین منطقی است که یخچال ماشین را با دستان خود جمع کنید. علاوه بر این، جالب، ساده و چندین برابر ارزان تر است. همچنین می توانید یخچالی با هر شکل و اندازه ای بسازید تا به راحتی در محل آماده شده در خودرو قرار گیرد. به گفته نویسنده، هزینه چنین محصول خانگی در 1000 روبل است.
عنصر پلتیر به عنوان عنصر خنک کننده استفاده می شود (این صفحه ای است که وقتی ولتاژ به آن اعمال می شود، از یک طرف گرم می شود و از طرف دیگر خنک می شود). همچنین به یک یا چند (بسته به اندازه یخچال) کولر کامپیوتری با هیت سینک نیاز خواهید داشت. آنها همچنین می توانند به صورت رایگان در صورت وجود رایانه هایی که نیازی به آنها وجود ندارد، دریافت کنید.
مواد و ابزار کار خانگی:
- فوم پلی استایرن اکسترود شده؛
- خط كش؛
- خودکار، قلم نمدی یا ابزار نوشتاری دیگر؛
- چاقوی لوازم التحریر؛
- عناصر Peltier (می توانید خریداری کنید، آنها گران نیستند).
- کولرهای کامپیوتری با رادیاتور؛
- فوم پلی اورتان؛
- سیم با کانکتور برای فندک؛
- برد ترموستات؛
- آهن لحیم کاری، قیچی و موارد دیگر.
فرآیند تولید یخچال:
گام یک. تولید کانتینر
به طور کلی نویسنده در ابتدا می خواست ظرف قمقمه ای بسازد که سرمای داخل را حفظ کند. یعنی برای حمل و نقل محصولات سرد شده در مسافت های کوتاه. اما پس از آن ظرف به یک یخچال کامل تبدیل شد.
یک ظرف از پلی استایرن منبسط شده مونتاژ می شود، فوم پلی اورتان به عنوان چسب استفاده می شود. این خوب است زیرا فوم به طور هرمتیک تمام ترک ها را می بندد. مهمترین چیز در طراحی عایق حرارتی خوبهرچه سرما بهتر نگهداری شود، یخچال کارآمدتر و اقتصادی تر خواهد بود.
شما می توانید هر ابعادی را انتخاب کنید، با توجه به نیاز خود، نویسنده به یک ورق پلی استایرن منبسط شده با ابعاد 1200x600 میلی متر و ضخامت 50 میلی متر برای مونتاژ نیاز داشت. ورق به سادگی مطابق با الگو بریده می شود و سپس با استفاده از فوم نصب به جعبه ارزشمند چسبانده می شود.
در تصویر می توانید نمودار برش ورق را مشاهده کنید، اگر می خواهید دقیقاً چنین یخچالی را مونتاژ کنید. روی ورق طرف هایی وجود دارد که ضخامت آن 20 میلی متر است، آنها باید از همه طرف بریده شوند و قسمت پایین را ترک کنند.
برای چسباندن، فوم اعمال می شود و 1 دقیقه صبر کنید، سپس باید قطعات را به مدت 5 دقیقه فشار دهید و در عین حال مطمئن شوید که حرکت نمی کنند. در نتیجه، فقط یک تکه کوچک فوم پلی استایرن اضافی خواهد بود، که در نمودار به رنگ خاکستری مشخص شده است.
پس از آماده شدن جعبه، می توان آن را رنگ کرد. شما باید در دو مرحله رنگ آمیزی کنید، زیرا رنگ می تواند فوم پلی استایرن را خورده کند. با این حال، انتخاب مطلوب است رنگ مناسببرای این اهداف وزن این ظرف 820 گرم است، حاوی مواد غذایی منجمد برای مدت طولانی است.
گام دوم. نصب المنت خنک کننده
برای ساخت یک یخچال کامل، یک عنصر خنک کننده مورد نیاز است، در اینجا آن الکتریکی است - این عنصر Peltier است. ویژگی این دستگاه این است که وقتی به آن ولتاژ وارد می شود، یک طرف آن بسیار سرد می شود و طرف دیگر گرم می شود. پس برای اینکه عنصر پلتیه نسوزد باید گرما را از سمت داغ آن حذف کرد. یک خنک کننده از یک کامپیوتر با رادیاتور که پردازنده را خنک می کند، این کار را عالی انجام می دهد.
قدرتمندترین عنصر Peltier حدود 130-150 روبل (قدرت 60 وات) هزینه خواهد داشت.
با داخلرادیاتور یخ نمی زد و هوا به طور یکنواخت خنک می شد، همچنین تصمیم گرفته شد یک کولر در داخل یخچال نصب شود. برای اینکه سیستم به طور مستقل کار کند، به یک کنترل کننده دما با سنسور خارجی نیاز دارید، هزینه آن در 170 روبل است.
در حال حاضر درجه سرما در یخچال توسط الکترونیک کنترل می شود، این نیز باعث کاهش تلفات انرژی می شود.
نویسنده عنصر Peltier را بین دو رادیاتور نصب می کند؛ خمیر حرارتی برای انتقال حرارت بهتر استفاده می شود. در نتیجه یک رادیاتور یک طرف المنت را خنک می کند و رادیاتور دیگر در داخل یخچال قرار می گیرد و سرما را روی آن پخش می کند. یکی از این عناصر برای حفظ دمای داخل یخچال در دمای 3- درجه در دمای محیط 26+ کافی است. اگر 2-3 چنین عنصر را به صورت سری نصب کنید، از نظر تئوری دمای یخچال را می توان به -18 درجه کاهش داد.
رادیاتورها با استفاده از براکت های استاندارد به هم متصل می شوند که با آنها وصل می شوند مادربرد. هنوز به گیره های پلاستیکی نیاز دارید. بیشترین کارایی زمانی حاصل شد که هر دو فن برای دمیدن از رادیاتور کار می کردند.
قطعات عایق حرارتی برای لوله های گرد به عنوان عایق حرارتی استفاده شد.
مرحله سوم. مونتاژ ساخت و ساز
برای نصب کولر باید سوراخی در درب یخچال ایجاد شود. شکل سوراخ باید مانند عکس باشد. سپس درزها با درزگیر آغشته شده و یک ساختار رادیاتور نصب می شود. در اینجا مهم است که اشتباه نگیریم طرف سرد کجاست و قسمت گرم کجاست. پوشش را می توان از قبل رنگ آمیزی کرد که باعث افزایش استحکام فوم پلی استایرن می شود.
در حالی که داشتم می ساختم خانه روستاییمن تمایل داشتم به راه دیگری برای استفاده از فوم پلی استایرن اکسترود شده فکر کنم. امروزه یکی از موثرترین بخاری ها با تعداد زیادی از مزایا و بسیار زیاد است قیمت مناسب. اولین چیزی که متوجه شدم این بود که برای سفرهای خرید مواد غذایی به هایپر مارکت، داشتن یک قمقمه که بتوانید با خیال راحت مواد غذایی منجمد را در آن حمل کنید، بسیار مفید است. برای ساخت چنین جعبه ای 160 روبل و نیم ساعت وقت آزاد صرف شد. اما تصمیم گرفتم بیشتر پیش بروم و طراحی را اصلاح کنم تا از آن به عنوان یک یخچال مستقل استفاده کنم.
بیایید شروع به ساختن کنیم!
2. بنابراین، اجازه دهید با یک ظرف قمقمه شروع کنیم. به یک ورق پلی استایرن منبسط شده به ابعاد 1200x600 میلی متر، ضخامت 50 میلی متر، یک چاقوی لوازم التحریر و یک متر نوار نیاز داریم. هزینه چنین ورق در هر فروشگاه سخت افزاری 160 روبل است. ورق را طبق الگو برش می دهیم ، فوم نصب را می گیریم و چنین ظرفی را می چسبانیم.
3. در اینجا یک طرح برش ورق ارائه شده است. ورق دارای دو طرف به ضخامت 20 میلی متر است، آنها باید از همه طرف به جز قسمت پایین بریده شوند. ورق ها به هم چسبانده می شوند فوم نصب. تکنولوژی ساده است. کمی کف به محل چسب زده، 1 دقیقه صبر کنید، ورق ها را محکم روی هم فشار دهید و سپس به مدت 5 دقیقه به صورت دستی کنترل کنید تا در اثر انبساط کف حرکت نکنند. نکته اصلی این است که بدون مراقبت رها نکنید. فقط یک تکه کوچک از فوم پلی استایرن باقی می ماند که در نمودار به رنگ خاکستری مشخص شده است.
4. به طرح درب دقت کنید، یکی از ورقه های بزرگ را از نمودار بالا به 3 قسمت در محل چسباندن برش دادم تا محکم شدن محکم شود. پس از آن می توان قسمت بیرونی جعبه را رنگ کرد. رنگ فوم پلی استایرن را کمی خورده می کند پس بهتر است در دو مرحله رنگ آمیزی شود. ظرف به دست آمده 820 گرم وزن دارد و عملکرد اتلاف حرارتی باورنکردنی دارد. در چنین جعبه ای می توانید چندین کیلوگرم غذای منجمد قرار داده و بدون مشکل برای چندین ساعت حمل کنید. نکته اصلی این است که غذاهای منجمد و سرد را مخلوط نکنید. امکان تکمیل طرح با باتری سرد وجود دارد.
5. یا می توانید طراحی را تغییر دهید تا یک یخچال کامل داشته باشید. برای این اهداف، ما از عنصر Peltier - یک مبدل ترموالکتریک استفاده خواهیم کرد، که اصل عملکرد آن بر اساس وقوع اختلاف دما در هنگام جریان الکتریکی است. این عناصر هستند که در یخچال های ماشین سریال و همچنین صندلی های ماشین با تهویه مورد استفاده قرار می گیرند.
هزینه یک عنصر Pelte با حداکثر توان 60 وات در aliexpress 130-150 روبل است. مدل TEC1-12706. در حین کار، یک طرف المنت گرم می شود، طرف دیگر خنک می شود. به طوری که عنصر نسوزد، لازم است گرما را به شدت از طرف داغ حذف کنید. برای انجام این کار، ما به یک خنک کننده پردازنده با هیت سینک از یک فروشگاه رایانه نیاز داریم که قیمت آن 250 روبل است. برای بهبود گردش هوا در داخل محفظه یخچال و جلوگیری از یخ زدن رادیاتور، تصمیم گرفتم فن هایی را در دو طرف نصب کنم. ما همچنین به یک ترموستات با سنسور دمای خارجی و یک رله به قیمت 170 روبل نیاز داریم که به ما امکان می دهد دمای تنظیم شده را در داخل ظرف کنترل کنیم. خوب، یک سیم پسوند با کانکتور برای فندک ماشین به قیمت 100 روبل.
بنابراین، اجازه دهید شروع به مونتاژ کنیم.
6. المنت پلتیر را با استفاده از خمیر حرارتی (همراه با کولر) بین دو رادیاتور آلومینیومی نصب کنید. در اینجا شایان ذکر است که می توان با مونتاژ 2 یا 3 المان پلتیه که به صورت سری نصب شده اند، گرادیان دمایی نصب را افزایش داد. به طوری که یک عنصر Peltier دیگری را خنک می کند. در این تجسم، دریافت دمای منفی در ظرف تا 18- درجه سانتیگراد واقع بینانه است. در امتداد محیط بین عنصر ما یک قطعه عایق حرارتی فوم شده را می گذاریم.
7. ما رادیاتورها را با صفحات نصب استاندارد به مادربرد به یکدیگر متصل می کنیم و آنها را با گیره های پلاستیکی وصل می کنیم. همچنین این امکان را فراهم می کند که دو طرف سرد و گرم از یکدیگر جدا شوند. اجرای آزمایشی نصب هرچه قسمت گرم را با شدت بیشتری خنک کنیم، دمای سمت سرد کمتر خواهد بود. در اینجا فن ها به سمت جریان هوا به رادیاتورها هدایت می شوند، این کارایی کمتری نسبت به چرخاندن آنها برای دمیدن دارد. در یک جعبه بداهه، امکان دستیابی به دمای -3 درجه، در دمای محیط +26 وجود داشت. عکس به وضوح مدل کولرها را نشان می دهد، مزیت آنها در ناحیه بزرگ پد پشتیبانی رادیاتور است. و به عنوان واشر عایق حرارت از یک قطعه عایق حرارتی برای لوله های گرد استفاده کردم.
8. حال اجازه دهید مبدل ترموالکتریک را در درب جدید ظرف ادغام کنیم. برای راحتی قرار دادن کل ساختار، ضخامت پوشش را تا 100 میلی متر افزایش می دهیم (2 ورق پلی استایرن منبسط شده). این عکس به وضوح واشر محیطی بین دو رادیاتور را نشان می دهد.
9. برش هنری روی فوم پلی استایرن و سنباده زدن. دوباره رنگ می کنیم. پس از رنگ آمیزی، پوسته بیرونی پلی استایرن منبسط شده قوی تر می شود.
10. درزها را با درزگیر می پوشانیم، هر دو فن را برای دمیدن برگردانیم. از بهبودهای بالقوه - ممکن است ارزش کاهش سرعت فن در سمت سرد را داشته باشد (اکنون هر دو فن با حداکثر سرعت کار می کنند).
11. در کنار کیس، برد ترموستات را نصب می کنیم و سیم برق را به گونه ای بی تکلف تعمیر می کنیم. ابتدا صفحه را با پیچ های خودکار فشار می دهیم، سپس آن را با درزگیر ثابت می کنیم.
12. مونتاژ کانتینر. وزن ظرف بدون درب 800 گرم است، درب با مبدل ترموالکتریک مونتاژ شده به همین وزن است. هزینه های عمومی - 1000 روبل و چند ساعت زمان. آزمایشات با محصولات یخچال دار در صندوق عقب خودرو توانایی سیستم را برای حفظ دمای پایین (!) ظرف در 5+ درجه سانتیگراد، در دمای محیط 29+ درجه (بله، در صندوق عقب بسیار گرمتر است) نشان داد. ، حتی زمانی که کولر روشن است) و مصرف جریان - 3 آمپر. من فکر می کنم این یک نتیجه عالی است.
من قصد دارم ظرف بعدی را از 3 عنصر Peltier که به طور متوالی نصب شده اند بسازم تا یک فریزر کامل به دست بیاورم.
