Холодильник для авто на элементах пельтье
6. Доработка авто холодильника на элементах пельтье
Фирма нормальная, комплектация минимальная- ни питания от 220, ни термометра, ни нагрева- переплачивать за это нет смысла.
Предыдущий собственник уже пытался доработать его обклеив внутренности 5мм пенофолом и сделав короб из жести для лучшего направления воздуха
Всё это оставим т.к. доработки правильные, лучший поток воздуха повысит КПД пельтье, а Пенофол улучшит теплопотери, но сделано это слегка небрежно.
По этому берем алюминиевый скотч и облагораживаем стыки
Дальше разбираем корпус холодильника
Тут видно, что штатно утепление идет пенопластом и воздушным зазором.
Тоже можно доработать.
1. Обклеиваем пенопласт ал. скотчем- увеличим отражающий эффект
2. на работе был вот такой вспененный материал- обмотал им тоже, хуже не будет
Встало всё в корпус в натяжку, но без усилий.
Далее переходим к тех. части холодильника. Не забываем про крышку
Обязательно меняем термопасту, не известно сколько старой лет и сколько вообще её там
Потом приступаем к улучшению характеристик, чтобы элемент пельтье работал максимально эффективно ему нужен хороший обдув. Для этого берем преобразователь DC-DC при помощи него поднимаем напряжение ТОЛЬКО на вентилятор- это увеличит его обороты. Я поднял до 14.5 В. Для удобства добавил в крышку термометр с выносным датчиком
Так же замене подвергся родной штекер прикуривателя на более качественный с выключателем
Для работы от 220 сделал преобразователь 220-12 из вот такого блока и двух прикуривателей
По итогам полевых испытаний
Получил следующее- перед поездкой заморозил акки холода, продукты, даже вино и пиво продержал в морозилке часов 6-7. Температура при выезде из дома на море с утра пятницу была 2,5 градуса.
Расчеты для проектирования холодильника на пельтье
Замутить холодильник на элементах пельтье очень просто, но эффективность такого холодильника будет очень низка. Здесь я приведу пример примерных расчетов.
И так первое, это расчет тепловых потерь через теплоизолятор.
Я использовал пенополистирол, он прочный, дешевый и его теплопроводность 0,03(чем меньше это число тем лучше). Например в бауцентре на их сайте указаны характеристики теплоизоляторов. Далее, допустим я захотел сделать что то типа куба, объем примерно 25 литров, площадь поверхности у меня получилась 0.5 квадратного метра. Допустим температура внутри моего контейнера будет на 20 градусов меньше наружной. Тогда теплопотери считаются так: Q=X*S*dT/h Q= 0.03*0.5*20/0.05=6ват
X — теплопроводность 0.03
S — площадь поверхности 0.5 (я брал среднюю между внутренней и внешней)
dT — разница температур между то что внутри и снаружи 20.
h — толщина изолятора, (пусть будет 5см или 0.05м)
Q — энергия теплопотерь
Получилось 6 ват, если изолятор был бы 1см, а не 5, то потери стали бы 30 ватт.
Что касается разницы температур, то 20 градусов это минимум, например если снаружи +30 градусов, то внутри будет +10, а если снаружи +40 то внутри уже +20.
Проверить реальные потери термоконтейнера можно с помощью льда. Например килограмм льда дает 350 кдж холода, при потерях 6 ват это 350 000/6 = 58333 секунд или чуть больше 16 часов, если лед не растаял раньше значит все правильно. Единственно это то что температура в контейнере со льдом должна быть на 20 градусов меньше окружающей. В противном случае нужно сделать перерасчет теплопотерь под ту температуру что получилась со льдом.
Измерения производительности пельтье.
В своих опытах я использовал элементы TEC1 12706 — 6 ампер и TEC1 12704 — 4 ампера, и мультиметр с термопарой.
Далее я попытался определить производительность элементов, для этого я соединял их последовательно, верхний я использовал как нагреватель(потому что у них одинаковая площадь поверхности), а нижний пытался охолодить верхний, подсовывая термопару между ними я измерял температуру до которой нижнему элементу удавалось холодить верхний.
Метод так себе, я мог измерять только температуру между ними только по периметр, а не в середине. В процессе измерения заметил что качество контакта играет очень большую роль. Например измеряя температуру по периметру я замечал что она не одинакова, это из-за не полного контакта с термопастой. Более тщательная притирка решила эту проблему.
Результат получился следующий, оба элемента при разности температур 20 градусов и напряжении 13.5 вольта давали производительность по холоду около 1/3 от потребляемой мощности.Точность измерения не высока, я мерил температуру сбоку, это не очень точный метод, но лучше чем ничего.
В итоге если мощность элемента 4А*13.5V=54 ват, то холода он даст только на 18 ват при разности температур 20 градусов.
Но все не так здорово, 20 градусов это разности температур между поверхностями, а еще это тепло нужно передать воздуху. Продолжаем эксперимент. Максимальная разность температур у этих элементов 40 — 45 градусов(проверял при напряжении 13.5 вольта), хотя заявлено было 60 — 65. Тут следует учесть что холодная сторона элемента брала часть тепла (я думаю не больше 1 ватта) от воздуха даже без радиатора, а вот если бы ее полностью теплоизолировать и напряжение поднять то может и будет разность температур 60 градусов, а может китайцы специально завысили возможности своих элементов в описании.
Тест производительности радиаторов.
Я измерял температуру между поверхность элемента TEC1 12706 (сверху его нагревал TEC1 12704 мощность 18 ват) и окружающим воздухом. Использовал радиатор от видеокарты процессора и от водянки.
Результаты следующие. У водяники разница температур между водой и поверхностью элемента 6 градусов. Водяной насос качал воду быстро, в радиаторе она нагреваться не успевала, то есть до и после температура воды была примерно одинакова, я использовал тазик для охлаждения воды, в реальных условиях будет что то более компактное и тогда надо будет еще учитывать разницу температур между воздухом и водой. Далее радиатор видеокарты. Разница между поверхностью пельтье и воздухом 13 — 14 градусов. Радиатор от процессора — 18 градусов. В итоге получается что элемент пельтье дает разницу температур в 20 между своими поверхностями и от этих 20 градусов еще нужно отнять потери на радиаторе. Например в помещении +30, температура поверхности элемента охлаждаемого радиатором карты будет 30 + 13 = 43 градуса, температура холодной стороны элемента будет 43-20=23 градуса. это при мощности холода 18 ват, меньше холода больше разница температур, однако из предыдущих опытов видно что при разности в 40 градусов производительность по холоду меньше 1 вата.
Теперь производительность радиатора который будет морозить. Радиатор с теплотрубками не подходит, как показала практика при температуре меньше +30 их производительность резко падает. Я использовал радиатор от старого процессора без теплотруб, пришлось извратиться закрепить термопару к холодной поверхности затем закрыть свой контейнер, и подождать пока охладиться, затем измерил так же температуру воздуха внутри, получилась разница 2 — 3 градуса.
Последовательное соединение элементов.
Если взять 2 элемента и соединить последовательно то разность температур которую они создают сложиться. Наибольшая эффективность у этих элементов получилась при разности 20 градусов, складываем 2 и получаем разность 40 градусов, вот только условие таково что разность мощности элементов должна быть 1 к 3, то есть если TEC1 12706 дает только 18 ватт холода, то элемент на нем должен иметь мощность не больше 18 ват при 13.5 вольта, это где то 2 ампера, попытка ограничить ток TEC1 12704 до 2 ампер немного снижает его эффективность, то есть при 2 амперах он не даст разницы температур 20 и 6 ват холода. Элементы на 2 ампера имеют меньшую площадь, в результате возникает проблема как тепло от маленького элемента равномерно распределить по площади большого. Дополнительная пластина создаст дополнительные теплопотери внутри себя и на термопасте. Решил оставить TEC1 12704 и ограничить его ток резистором, на мой взгляд снижение эффективность от снижения тока меньше чем дополнительные потери на пластине между элементами.
Производительность сборки элементов.
И так, реальная производительность холода моей сборки.
напряжение у меня 13.5 вольт при этом TEC1 12706 потреблял 4А, мощность 54 вата, мощность холода 54/3=18 ват — примерно. Мощность TEC1 12704 учитывая ограничивающий резистор 2А*9V = 18 ват
Эксперименты это подтвердили, максимальная эффективность была именно на 2 А.
Производительность холода элемента TEC1 12704 18/3= 6 ват.
Из расчета теплоизолятора контейнера видно что 6 ват это теплопотери при разницы температур 20 градусов и 5 см стенок из пенополистирола.
Сам контейнер выглядит так.
Внутреннюю поверхность дополнительно обклеил 0.5см изолятором для прочности, пенополистирол легко протыкается. Снаружи так же для прочности оргстекло.
Реальные тесты готового холодильника.
Напряжение 13.5 вольта, потребление 7.2А из этого 1А потребляют вентиляторы.
По расчетам разность температур должна быть 40 градусов, отнимает потери 14 градусов горячего радиатора и 3 градуса холодного, получаем 23, это уже разность температур между воздухом внутри и снаружи. Тут нужно учесть что элемент TEC1 12704 недонагружен, эффективность снижена.
По факту разность получилась 20 градусов. 7.2А*13.5=97.2 ватт потребление и 6ватт холода.
Самодельный холодильник на элементе Пельтье
Автомобильный холодильник своими руками на элементе Пельтье: чертежи, подробные фото изготовления самоделки с описанием.
Эта самоделка будет полезна в первую очередь для автолюбителей, при поездках на природу, в лес или к речке на пляж, наличие автомобильного мини холодильника очень актуально.
В летний зной в холодильнике можно хранить скоропортящиеся продукты и охлаждать напитки, конечно можно приобрести готовый вариант, но сделать своими руками обойдётся намного дешевле.
Изготовление автомобильного холодильника.
Охлаждать воздух в холодильнике мы будем с помощью элемента Пельтье.
По сути это термоэлектрический преобразователь в форме небольшой пластины, при подключении его к электрическому току в пластине возникает разность температур, одна сторона пластины нагревается, вторая наоборот остывает. Эту особенность мы и будем использовать для работы холодильника.
Материалы для изготовления:
Приступаем к изготовлению, первым делом из листов пенополистирола сделаем корпус будущего мини холодильника.
Пенополистирол очень хороший теплоизолятор, даже после отключения холодильника от электричества, он будет удерживать холод внутри контейнера продолжительное время.
На рисунке показаны размеры корпуса, но вы можете сделать короб по своим размерам в зависимости от требуемого объёма холодильника.
Лист пенополистирола легко разрезается канцелярским ножом, все части коробки склеиваются монтажной пеной, после нанесения пены, детали нужно прижать на 5 минут пока пена схватится.
Теперь в холодильник установим охлаждающий элемент.
Для охлаждения будем использовать элемент Пельтье, при подключении его в сеть 12 V, одна сторона его становится очень холодной, она и будет охлаждать воздух внутри холодильника. Вторая сторона элемента будет сильно нагреваться, чтобы устройство не перегорело, нужно отводить тепло, сделать это можно с помощью радиатора и кулера от компьютера.
Схема охлаждающего устройства для автомобильного холодильника.
Но если с внутренней стороны на элемент Пельтье просто поставить радиатор, то он начнёт обмерзать, оптимально установить кулер для равномерного отвода холода от радиатора.
Для хорошей теплоотдачи, между радиаторами и элементом Пельтье наносим слой термопасты. Радиаторы соединяем между собой стандартными скобами, которые используются для крепления к системной плате компьютера.
Тестируем работоспособность устройства, подключаем его к аккумулятору на 12 V.
По сути устройство представляет собой пластину, по бокам которой с обеих сторон закреплены радиаторы с кулерами, работающими на выдув.
Устанавливаем прибор в отверстие коробки, охлаждающей стороной во внутрь, щели между отверстием корпуса и прибора замазываются герметиком.
Наружный блок, радиатор с кулером для отвода горячего воздуха.
Для регулировки температуры установим регулятор температуры с датчиком, сам провод с датчиком нужно протянуть через отверстие в контейнер. Холодильник готов, включаем его в гнездо прикуривателя авто или напрямую к аккумулятору на 12 V и пользуемся.
Один элемент Пельтье охлаждает холодильник до температуры – 3 °С, при температуре окружающего воздуха +25 °С.
При +30°С на улице, в холодильнике стабильно поддерживается температура +6 °С как и в обычном холодильнике.
Авто холодильник на элементе Пельтье своими руками
В своем первом посте, хотел бы поделиться собственным опытом по созданию авто холодильника своими руками. Изучив достаточно много видео сюжетов из YOUTUBE, данной тематики, мой выбор пал на принцип работы авто холодильника на элементе Пельтье. Чем удобен данный принцип при создании холодильника, какие плюсы и минусы имеет прибор и в чем особенности работы такого авто холодильника расскажу Вам сегодня.
Принцип работы и конструкция.
Основной принцип работы элемента Пельтье, который был выбран за основу в качестве охлаждающего элемента, для создания авто холодильника, заключается в использование разности температур, возникающей на верхней и нижней частях самого элемента. То есть, если на элемент подается питание равное 12В, возникающий ток внутри элемента преобразует энергию в тепловое излучение на верхней стороне элемента (нагревается), в то время как на противоположной, — нижней части, формируется холодный поток энергии (охлаждается). Именно он и является источником охлаждения для конструкции холодильника. Что при этом необходимо запомнить? – Должна строго соблюдаться полярность проводов, при подачи тока для питания элемента. Именно поэтому, при приобретении, и установке элемента Пельтье в нашу конструкцию, прошу обратить внимание на цвета проводов, которые питают сам элемент. Красный (+) и черный (-), если при этом случайно изменить полярность при установке, будут нагреваться и охлаждаться противоположные части элемента. При сборе конструкции так же критично, — обеспечить эффективное принудительное воздушное охлаждение части элемента, которая будет нагреваться (верхняя), с помощью куллера, вентилятора от ПК. При этом, чем мощнее будет сам вентилятор куллера, тем эффективней, а значит холоднее будет нижняя часть элемента. Так же, важнейшей причиной тщательной и аккуратной сборки конструкции охлаждающего элемента нашего холодильника, является надежная изоляционная прокладка, отражающего тепло материала, для верхней стороны элемента Пельтье, чтобы нижняя часть максимально охлаждалась. Крепить элемент между верхним радиатором, который нагревается и нижним, — который охлаждается необходимо по типу «сэндвич», на практике это выглядит следующим образом: верхний радиатор, затем тонкий слой теплопроводной пасты КПТ-8 (возможно приобрести в магазинах, по продаже комплектующих к компьютерной технике или радио рынок, цена вопроса 10-25 грн.за тюбик, в качестве емкости иногда используется шприц), на слой пасты плотно клеим верхнюю часть керамической поверхности самого элемента Пельтье, затем снова слой теплопроводной пасты на нижней стороне керамического элемента Пельтье и непосредственно к ней, клеем нижний радиатор, который и будет охлаждать наш холодильник, плотно прижимаем и даем конструкции просохнуть (4-5 часов). Рекомендую так же на нижнем охлаждающем радиаторе установить еще один куллер, — он будет более эффективно распространять холод по внутренней поверхности емкости холодильника, — быстрее будет проходить охлаждение холодильника при запуске, как правило требуется (+/- 1-1,5 часа для достижения рабочей температуры функционирования холодильника). При работе холодильника, дополнительный вентилятор куллера исключает возможность появления конденсата на поверхности внутреннего холодного радиатора (помещенные внутрь продукты не будут влажными!). Этот процесс напрямую зависит от температуры воздуха среды, где находится сам холодильник, чем выше температура, тем дольше будет проходить процесс охлаждение холодильника при запуске. Немаловажную роль в эффективности охлаждения холодильника, играет теплоизоляция самого бокса, который будет использован в качестве емкости для холодильника и его объем! Я применил для этих целей, заранее купленный ящик для инструментов (обязательно наличие фиксаторов замков в нем, чтобы исключить возможность попадания теплого воздуха в холодильник из вне. В качестве внутренней изоляции для бокса холодильника была применена жидкая монтажная пена, и заранее подготовленная дополнительная емкость, которую я изготовил из остатков оконного отлива белого цвета. Пространство между стенками ящика для инструментов и дополнительной емкостью из жести, было задуто монтажной пеной (лишнюю пену, после сушки бокса срезал).
Питание и возможности штатного подключение к сети.
На самом деле, возможностей использования холодильника на элементе Пельтье множество. Это может быть как штатная электро система автомобиля 12В, так и сеть переменного тока 220-240В. Важно сразу постараться, разобраться для каких целей вам необходим холодильник. Конструкция собранная мной, достаточно универсальна, т.к может использовать в качестве питания и сеть переменного тока и сеть постоянного тока в автомобиле. Но при этом возможность универсального использования предполагает большие финансовые затраты на подготовку и сборку авто холодильника. Этот момент объясняется использованием дополнительных встроенных блоков питания в холодильнике, для использования в сети 220-240В. Если использовать в качестве питания прибора только штатную систему автомобиля, можно существенно удешевить конструкцию (отсутствие в холодильнике дополнительных дорогостоящих блоков питания, необходим только штатный разъем прикуривателя для подключения прибора). Мне холодильник понадобился не только в авто но и загородом, удобно использовать, например, холодильник на даче с системой питания в 220-240В в доме. Но это лично мое мнение, если предполагаете использовать исключительно в авто, стоить «постройка» этого чуда будет значительно дешевле. Отдельное внимание необходимо уделить выбору мощности модуля, т.к при подборе эффективного модуля для охлаждения авто холодильника первое на, что следует обратить внимание- это объем емкости для холодильника. Чем больше будет объем бокса, тем мощнее должен быть модуль Пельтье. В маркировке серии модуля первые три цифры – это количество микроэлементов, которые находятся внутри модуля, как правило эта цифра 127. Последние две цифры в маркировке – это интересующая нас сила тока элемента, от которой напрямую зависит мощность прибора. Для примера ниже привожу таблицу серии модулей Пельтье и предварительную стоимость в Днепропетровске на 05.03.2015. Интересующий модуль возможно приобрести здесь, а так же все остальные комплектующие для изготовления.
Таблица мощности элементов Пельтье и приблизительная стоимость.
Основной принцип при подборе необходимого элемента заключается в точном расчете силы тока элемента с мощностью источника подачи питания к элементу, в пропорциональном соотношении 1:1, т.к при подачи на элемент, силы тока, меньшей, чем заявленная сила тока в серии элемента, приведет к неэффективной работе элемента Пельтье. Не так критично напряжение, но тоже желательно соблюдать пропорцию 1:1. Внимание! При подаче силы тока на элемент, значительно превосходящую мощность самого элемента – нагрев будет происходить с двух сторон элемента, в итоге приведет к перегреву элемента (проверял сам, не повторяйте моих ошибок – потратите деньги на покупку еще одного элемента).Тот же принцип действует при подборе адаптера, если планируете использовать холодильник так же от сети переменного тока 220-240В. В заключении, хотел бы отметить, для удобство использования авто холодильника не лишним будет, если вы разместите выключатель питания, как не банально звучит, достаточно полезный дополнительный модуль в конструкции холодильника)).
Преимущества и недостатки холодильника Пельтье.
Начнем с плюсов, прежде всего это компактность и легкость самого «аппарата», мой например рассчитан на 8л., не занимает много места на заднем ряду сидений авто или в багажнике. Простота и надежность использования, при правильной эксплуатации, имею в виду, подаваемую силу тока и напряжение, — прослужит достаточно долго, не требует дополнительного обслуживания и затрат. Стоимость, цена «заводского», как правило, китайского аналога, составляет более 1200 грн., европейские фирменные модели – более 7-10 тыс.грн., но и объем их, соответственно, тоже больше, чем предлагаемый мной вариант. К плюсам можно отнести поддержание холодильником постоянной температуры охлаждения, на протяжении всего периода активной работы, в отличии от обычной сумки-холодильника.
Теперь о минусах, их тоже достаточно, первое – техническая особенность, — поддержание внутренней температуры охлаждения, в среднем, не более 10-15 градусов, от температуры окружающей среды (мороженное конечно в нем не будет храниться в нормальном виде более 1 часа и т.д. Но для перевозки охлажденных напитков температуры более чем достаточно. Второй минус, при «постройке» и эксплуатации холодильника от сети переменного тока, — это достаточно высокая цена адаптера питания нужной силы тока для элемента Пельтье (как правило — это блоки от ноутбука, более 6А силы тока на выходе, их стоимость составляет более 250 грн.). Нужен минимум 1 час работы холодильника для достижение рабочей температуры.
P.S. Если этот пост для вас интересен, буду рад ответить на любые вопросы, поделиться советом, относительно создания, своими руками, авто холодильника на элементе Пельтье.
Внимание! Желательно не эксплуатировать прибор при слабом заряде аккумуляторной батареи авто или заглушенном двигателе. Потребляемая мощность моего варианта холодильника примерно 65 W.