Холодильники на элементах Пельтье.

  • Автор темы lexa9131
L

lexa9131

  • 4 Июн 2020
Вот решил замутить отдельно тему, перечитав по готовым холодильникам много и разных самоделкиных. Интересно направление для небольших размеров, как носимых, так и переносимых.

У кого есть уже такие, типа автомобильные, так же хотелось собрать информацию из первых рук, тем более если возникнут конкретные вопросы.

Информация по готовым не даёт все ответы на мой интерес, а покупать для проверки - не настолько они дешевы. Те конструкции самоделкиных, с моей колокольни, содержат много недоработок, да и не всё там расписано и как правило темы давнишние и порою заброшены без ответа последнего участника. А регится по всем форумам как то не хочется.

Ближе к делу. После долго/недолгих раздумий пошел "своим" путём делать такой холодильник, вот что получилось.
Буду добавлять частями, поэтому возможно пока информация появится не вся.

Толчком послужило заполучить на халяву с 10 штук элементов 12705.
Позже, уже писал в другой теме, закупил 12715 на али, что должны были бы в 2 раза мощнее и по холодо производительности тоже. Но на проверку оказались как 12705. Хотя за 285 руб/шт., что так же не плохо, но денег за разницу характеристик не вернули.

Начал я с создания холодильной ячейки -

01.JPG


Суть такова, горячий и холодный радиатор должны быть как можно дальше друг от друга, так как теплопроводность небольшой толщины изолирующей стенки снизит эффективность охлаждения.

По картинке. Тот что поменьше радиатор, то для холода. Брал такие, что бы не "себя морозил", а больше забирал тепло из камеры, да и с образованием снега не сразу забивался. Есть проставки из какого то алюминия, немного вязкий. Делал их конусом, что бы распределить тепловой поток на сравнительно тонкую подошву радиатора. Есть терморезистор, стандартный на 10 кОм для китайского термометра, он с креплением под винт. Рядом разрывное термореле на 80 градусов (на всякий случай). Элемент Пельтье как уже догадались, белый квадратик.

Ячейка в собранном виде под стенку пенопласта 50 мм -

02.JPG


Сначала стягиваем проставки с элементом Пельтье, а потом прикручиваем радиаторы. Немного неудобно крепить радиаторы сквозь ребра, пришлось фрезеровать каналы под винт. Делал на сверлильном станке, но с тисками что бы меньше бегал по стание. Сборка получилась индивидуальная под каждую ячейку - ручная сборка (кривые руки). :gigi:

03.JPG


На этой картинке виден "тепловой мостик" между горячими и холодными винтами из гетинакса. Термопаста обычная, доступная КПТ-8. Есть пружинки под гайками для теплового расширения конструкции и что бы не расколоть элемент Пельтье. Единственно надо было бы их поставить на горячие винты, что бы от росы, если будет, они не ржавели. Опоздалая мысля.

04.JPG


Так начинал уже не первый вариант испытаний будущей конструкции. Воздуховод склеенный из откосов для пластиковых окон. Решетка под вентиляторы из полистирола 6 мм. Выбрал верхнее расположение холодильных радиаторов, что бы лучше было перемешивание внутреннего воздуха без дополнительных пропеллеров. Количество ячеек выбрал наобум, как чутье подсказало (хотя тогда ожидаемый результат был как тёмная пещера).

Дальше уже собранная крышка (временная) -

05.JPG


06.JPG


Соединил все ячейки параллельно, что бы использовать готовый БП 12 В. Общий провод на 2,5 кв. мм. Как видите, первая пайка оказалась не удачной, что рядом стык, да ещё стянул их общей термоусадкой (не делайте так). Хотя молотил зимой долго, но в один прекрасный день ....

Сделал два короба, один большой с внутренними размерами 45х45х64 см из пенопласта экструзионного (не сыпется шариками), отделал снаружи откосами для для окон, что бы от солнца не разрушался пенопласт, а внутри обклеил 5 мм теплоизоляцией с отражающим (зеркальным) покрытием на основе вспененного полиэтилена. Картинка выше, его не видно, стоит на балконе, солнечная сторона. Внутренний объём получился порядка 130 л.

Второй ящик сделал так, что бы входил во внутрь большого ящика -

08.JPG


Материал тот же пенопласт и отражающее покрытие. Что ещё не сказал, дно у меня два слоя пенопласта (на всякий случай). Так как нагрев с низу быстрее прогреет короб. Внутренние размеры у него 33х33х55х см. Объем примерно 60 л.

Как уже писал в других темах, то я вместо одного элемента в ячейке использовал два сложенных в месте элемента. Таким образом при том же напряжении питания получил почти в 2-а раза ниже ток потребления. А температуру при том же питании удалось получить даже немного ниже чем по традиционной схеме. Да и это видно из характеристик на сами элементы -

Характеристика м Пельтье.jpg


Наибольшее приращение разности температур приходится на начальный участок 1/3 - 1/2 от максимальной разности температур.

Конечно, такой же я бы получил результат, разместив эти 6 элементов в 6 холодильных ячейках. Или смог бы получить ещё больший холод в ящике при их питании полным напряжением. Но ячеек пока нет, а эффект от такого применения с моими размерами радиаторов такой, что при увеличении напряжения, соответственно и тока, перепад температуры на радиаторах начинает падать. Получилось так, что при в двое меньшем потреблении энергии получил почти тот же холод в ящике.

Использовал для контроля температуры обычные китайские термометры -

Термометр_.jpg


Теперь о результатах полученных температур, провел за два дня.

Когда 2 ящика:
- температура на улице + 20 ... 18
- температура холодного радиатора - 22
- температура на дне ящика - 12

Когда 1 большой ящик:
- температура на улице + 22
- температура холодного радиатора -17
- температура на дне ящика - 0,2

- температура на улице +10
- температура холодного радиатора - 23
- температура на дне ящика - 8

Общее потребление электроэнергии от 220 В : 140 - 147 Вт. Работал холодильник непрерывно.
Температура внутри ящика так же зависит и от солнца и от ветра, думаю понятно почему.

Мощность мерил такой шнягой -

Ватметр.png

Для тех кто в первые захочет что то сделать под другие размеры и хотелки, рекомендую сначала прикинуть во что это выльется по калькулятору расчета таких холодильников -  ссылка скрыта от гостей 

Я на эту программу набрёл уже после своих наработок, но достоверность результатов некогда проверить. Попробовал под мои хотелки -50 градусов в таком ящике летом :cry:

Хотя пользуясь зимой, примерно получил те же результаты что у меня были. +/- "трамвайная остановка" в таком деле зависит от многих факторов.
 
U

uam

  • 4 Июн 2020
КПД?
IMHO, если делать, то комбайн. Например, холодильник/сушилку для сухофруктов. ?
 
L

lexa9131

  • 4 Июн 2020
uam сказал(а):
КПД?
КПД конечно ниже компрессорных теоретически. Но с новыми тенденциями конструирования, то современные холодильники такого же объема уступают холодильникам типа Зил с прошлого века, кода у тех была толстая шуба минваты и моторчик справлялся мощностью поменьше.

А так, да, только теплоизоляцией повышать КПД при равных условиях хранения.
Заметь, что с двойной стенкой почти как старая морозилка Бирюса, только компрессор работает с интервалом 1/2, а тут непрерывно. По мощности примерно одинаковые.

Тут другие преимущества, шум, плавность регулировки, реверс если зимой, долговечность (теоретически).
 
U

uam

  • 5 Июн 2020
Ну, у компрессорного он вроде выше 100%

И насчет преимуществ тоже "не все однозначно"
Инверторный компрессор практическ не слышно. Плавность регулировки присутствует, реверс тоже.

Пельтье вроде в охлаждение процессоров пытались воткнуть. Но не срослось.
А как игрушка, конечно, интересно.
 
P

Porter

  • 5 Июн 2020
uam, Отчего не срослось? Оно не сложно, только выхлопа нет, целесообразности. Экстремалы студят и пельтьешками и даже жыдким азотом (на семинаре видел своими глазами). Основная проблема - конденсат на холодной части.
Вот лазеры охлаждают ими. Ковырялся в лазерном "телевизоре". Знакомый их клепает. Три цветных лазера сводятся в один белый пучёк. Далее растр зеркалом = цветная картинка большой яркости. Качество не ахти, но для рекламы/шоу самое то, спрос есть ограниченный.

Добавлено:

uam сказал(а):
Ну, у компрессорного он вроде выше 100%
Ага, в 3 - 5 раз. Это теплонасос по сути. Он перемещает тепло/холод а не создаёт его. Тоесть, использовав 1 кВт электрики холодос выдаст 3 - 5 кВт тепла/холода, в зависимости от условий..
Каков и как считать КПД в Пельтьешках я не в курсе. Наверно аналогично.
 
U

uam

  • 6 Июн 2020
Porter сказал(а):
Отчего не срослось?
Именно поэтому.
Porter сказал(а):
спрос есть ограниченный.
А производство развернули крупное.
Porter сказал(а):
Основная проблема - конденсат на холодной части.
В кулеры для воды годятся.
 
L

lexa9131

  • 7 Июн 2020
uam сказал(а):
Инверторный компрессор практическ не слышно. Плавность регулировки присутствует, реверс тоже.
Ну про регулировку оборотов читал. А какой там стоит компрессор? Если поршневой, то для реверса нужно управлять клапанами, или там ротороно-паластинчаты?
Porter сказал(а):
Каков и как считать КПД в Пельтьешках я не в курсе. Наверно аналогично.
Какой КПД для холодильника? Его никто не считает, так как выше 100% это уже не КПД, а весный двигатель. Там коэффициент теплопереноса, который и больше 1.
Но в паспортах на компрессоры поршневые этот коэффициент на свой хладогент не дотягивает до 3, и то при маленькой разнице температур охлаждения. Больше разность температур, меньше коэффициент.
Porter сказал(а):
Каков и как считать КПД в Пельтьешках я не в курсе. Наверно аналогично.
На Пельтье есть данные напряжение, ток и передаваемое тепло. Так что считай, от затраченной отнимешь переданное и делишь на затраченное. Получаешь КПД потерь. А так, где то 60 % полезной при перепаде на пластинах практически 0 градусов. Больше перепад, меньше КПД.
 
P

Porter

  • 7 Июн 2020
uam сказал(а):
Инверторный компрессор практическ не слышно. Плавность регулировки присутствует, реверс тоже.
Зачем в холодильнике реверс? Это ж не теплонасос для дома. Или же для разморозки? Чёт думал, что даже в инверторах тен сим занимается (но не сталкивался на деле. Растолкуйте.)
 
L

lexa9131

  • 8 Июн 2020
Porter сказал(а):
(но не сталкивался на деле. Растолкуйте.)
Пускай продажную модель озвучит, а в теории все возможно.
Он ещё про моторчик с насосом не рассказал.
 
U

uam

  • 8 Июн 2020
Porter сказал(а):
Зачем в холодильнике реверс?
Кондиционер не холодильник? Или принцип другой? Реверсивный насос от одностороннего сильно отличается?
Как по мне, пиво охлаждает, значит холодит.

Кстати, а где производительность выше, у Пельтье или у абсорбционного ?
 
D

dsp155

  • 8 Июн 2020
Попробую пока фотки. P00606-014904.jpg

Добавлено:



Добавлено:



Добавлено:


Добавлено:



Добавлено:

Вот примерно такая конструкция... габариты если нужно, позже, хотя гуглится. ....
 

Вложения

  • P00606-014037.jpg
    P00606-014037.jpg
    3,4 МБ · Посмотрено: 118
  • P00606-014539.jpg
    P00606-014539.jpg
    2,9 МБ · Посмотрено: 118
  • P00606-014708.jpg
    P00606-014708.jpg
    2,8 МБ · Посмотрено: 104
  • P00606-014007.jpg
    P00606-014007.jpg
    5 МБ · Посмотрено: 117
L

lexa9131

  • 9 Июн 2020
dsp155 сказал(а):
хотя гуглится. ....
+ 5 + 15
А в реале он сколько может по максимуму в камере не дне при комнатной температуре пускай пустого?
Что то скидывают на авито раньше, видать не так оправдали ожидания.
 
D

dsp155

  • 9 Июн 2020
lexa9131, максимум внизу -3 было, но я пельтье 12 ампер вжарил...

Добавлено:

Больше двух сасов не гонял, жалко...
 
L

lexa9131

  • 10 Июн 2020
dsp155 сказал(а):
максимум внизу -3 было, но я пельтье 12 ампер вжарил...
Это на 24 В что ли?
Он же как 12/24 В рассчитан. В промежутке так же будет гореть холодить.

Смотрю у тебя в камере вентилятор на 12 В стоит, как там его коммутируют если 24 В дадут? Или стабилизатор отдельно стоит?
Да и в камеру я бы поставил более маломощный вентилятор, а то этот же 1 Вт зря греет камеру. Пускай и другой модели, есть же EC8025SL12S - 0,05 А. Или гасил бы резистором напругу снаружи, если там нет стабилизатора. А продувки бы и так хватило. У меня они вообще холод с "крыши" опускают без вентилятора.

dsp155 сказал(а):
Больше двух сасов не гонял, жалко...
А что такое? Могут отвалиться Пельтье, что становятся как кипятильники?

Вот на что наткнулся -  ссылка скрыта от гостей 
 
D

dsp155

  • 10 Июн 2020
lexa9131, нет он на12 только..

Добавлено:

lexa9131, больше двух часов в смысле. опасался. Модуль спалить.

Добавлено:

В. Вольтмастере брал, пельтье. 50х50мм.
P00606-033754.jpg


Добавлено:

dsp155, вот 2. Моодуля , тот что. Слева простоо греется... Труп снятый с этого холодоса. 4х4. Справа, с другого такого же, морозит только првый верхний угол.... 5х5 см...
 
L

lexa9131

  • 10 Июн 2020
dsp155 сказал(а):
Вольтмастере брал, пельтье. 50х50мм.
Какие то не типовые. Сейчас 40х40 и ниже. Тоже хотел закупить на 15 А, но .... :(
 
L

lexa9131

  • 6 Дек 2020
Продублирую свои наблюдения, написанные в теме - https://monitor.net.ru/forum/threads/660016/post-6085368
для полноты информации от любителя:
Так же, если элемент не замазан герметиком по торцам, то при работе, на холодной стороне внутри появляется роса, что так же снижает температурную разность пластин.

Если элемент расположен плоскостью вертикально, то внутри его от разности температур возникает движение воздуха равносильно урагану, что так же снижает его холодящие свойства. Идеальный вариант это с вакуумом внутри пластин, но такие не выпускают. Поэтому эффективнее холодят те, что расположены горизонтально и с хорошим охлаждением горячей стороны. Чем ниже температура горячей стороны, тем холоднее будет в камере.

И ещё, не покупайте элементы у которых есть металлические выводы с керамики. Там обязательно со временем столбики стоящие на этих пластинах будут разрушаться. Явление работы таких элементов, снижение тока потребления, хотя может и снова временами восстанавливаться.

Про те элементы у которых одна часть поверхности охлаждает, а другая греет, могу сказать, что они были перегреты. Полупроводник потерял свои свойства, или происходит растрескивание столбиков. Причины разные, плохой тепловой контакт элемента с радиатором, перегрев радиатора от внешней температуры, пыли или его чем то временно накрыли/прижали, рабочий ток на пределе максимального при его температуре при длительной работе.
В общем, чем ниже температура горячей стороны, тем дольше работа элемента.
Тему и занятие (мысленно) не забросил, может достигну желаемый результат. :gigi:
 
L

lexa9131

  • 17 Дек 2020
Продолжение.

Поставил банку на 20 л с вином в ящик что на 60 л с той крышкой из 3-х ячеек термо-холодильников.

Текущие измерения:
- температура внешняя 25 - 26 градусов
- температура в ящике 10 градусов
- температура горячей стороны элемента 35 градусов
- температура холодной стороны элемента -2 градуса
- напряжение питание элементов 6,2 В
- ток потребления 3-мя элементами 3,1 А
- общее потребление элементами эл. энергии 19,2 Вт.ч (толщина стенки 50 мм)
- потребление от 220 В от драйвера ЛЕД подсветки 29,5 Вт.ч (за сутки 708 Вт, или 258 КВт в год)

В пересчёте по калькулятору (см. ссылку выше) на стенку 100 мм пенопласта, потребление 3-мя элементами должно снизится при тех же температурах до 12,4 Вт.ч.

Для примера:

Холодильник Бирюса-50 (компресорный), 46 л, с температурой в общей камере 3 - 7 градусов - обещают 106 КВт.ч/год (что сомневаюсь). Или среднее, непрерывное потребление электроэнергии 12,1 Вт.ч

Холодильник Dometic WA3200 (абсорбционный), 60 л с температурой в общей камере 3 - 7 градусов - обещают потребление 1,4 кВт за 24 ч . Что составит среднее потребление 58,3 Вт.ч . При рабочем режиме 95 Вт.ч.

Винный шкаф Liebherr WKES 653 - 54599 руб.
Полезный объём - 47 л, компрессорный, потребление 103 КВт.ч/год

Винный шкаф CASO WINEDUETT 12 - 37950 руб.
Примерный объем 70 л, термоэлектрический, температура +7 ... +18 град, потребление 0,75 КВт.ч/за сутки, общая мощность 140 Вт.

Винный шкаф DUNAVOX DAV-18.46SS.TO - 141200 руб.
Полезный объем 46 л, компрессорный, температура +5 ... +20 град, потребление 135 кВт.ч/год.

Вывод:

1. Нужно подобрать более экономичный БП.
2. Для снижения потребления электроэнергии нужно увеличить толщину стенки. Расчеты показывают, что увеличение толщины стенки в 2 раза, потребление должно уменьшится в 1,5 раза. При увеличении толщины стенки в 3 раза, потребление уменьшится в 1,9 раз. Габариты будут естественно расти.
3. Ресурс элемента Пелтье при пониженных токах (в 2 раза), теоретически в бесконечности.
4. Зная стоимость винных шкафов, для меня выгоднее их сделать самому. Тем более по потреблению электроэнергии не хуже промышленных термоэлектрических.
5. Если уж подходить с позиции минимальных (стартовых) затрат в деньгах и труда мастерить, а так же потребление электроэнергии, то холодильники типа Бирюса-50 выгоднее всего, но они тарахтят (шумят). Ресурс компрессора и стоимость ремонта так же желает лучшего (как кому повезёт).

Пойду налью ка я вина за маленькие успехи. :gigi:
 
L

lexa9131

  • 26 Дек 2020
Пару дней как на улице держится температура около - 20 градусов. Решил проверить холодильник на морозе. Ящик в ящике и холодильник из 3 ячеек, на большее пока делаю. Питание ячеек 12 В.

Получил следующие значения:
- Температура холодного радиатора х.з., так как термометр до - 50
- Температура в камере - 47 .

Две банки с крепким вином, которые в прошлый год не удалось заморозить до -40, в этот раз образовали кашу снега. Фильтрация при такой температуре (теоретически) даёт содержание спирта на уровне 56 - 60%. Выход был малым и желеобразным. Собрал содержимое в бутылку. Потом проверил на огонь, горит синим пламенем. :gigi:
 
A

ADOWWW

Команда форума
  • 10 Янв 2021
Еще не забывайте, элементы Пельтье это расходник. Они деградируют (в зависимости от тока) в течении года-двух.
Сильно падает КПД, оно и так не велико.
Я с ними работаю последние годы. Собаку съел )) Например ток больше 4 А для 40х40мм сильно сокращает срок службы. Горячая сторона не выше 38-40С°
Её вообще мало кто меряет. А от неё то же зависит скорость деградирования.
 
В

Васисуалий

Команда форума
  • 10 Янв 2021
ADOWWW, а вот тогда вопрос - а какую максимально отрицательную температуру можно выдавить из Пельтье? Есть потребность как то получить -50 или -60 градусов, на очень маленьком кусочке алюминия с хорошим теплоизолированием. По задумке это должен быть компактный прибор - калибратор термодатчиков. Идея в том, что бы слепить последовательно бутерброд из нескольких элементов и вот вопрос - а какой перепад температуры можно создать на одном элементе. У меня получилсоь от силы градусов 40-45. Тоесть если "горячая" сторона нагрета до 40 градусов, то на "холодной" от силы около ноля и дальше увеличивать ток бесполезно. Горячее становится горячее, но холодное уже не холодеет, а скорее нагревается. Видимо горячая сторона греет холодную уже сильнее, чем охлаждает. С бутербродом тоже не все гладко! Выяснил экспериментально, что для того, что бы снимать с горячей стороны одного элемента все тепло, надо к нему прикрутить своей холодной стороной как минимум два других элемента, но лучше три. Разумеется, снимать тепло приходится с трех горячих сторон уже трех элементов, а самого тепла становится практически в четыре раза больше. Радиатор увеличился в разы, но стабильно получил только -25 или до -30. Думаю, что хорошая теплоизоляция поможет натянуть сову на глобус, но это уже предел. И не факт, что я достигну желаемого. А хочется иметь и запас. Короче у меня вопрос - а кто то пытался получить что то подобное?
 
A

ADOWWW

Команда форума
  • 11 Янв 2021
Васисуалий, реально, для стабильной работы считай перепад в 33-36 Кельвин.
Для этих гешманских 40х40 реально можно около 80С° минуса получить. Дальше производительность сильно падает (перепад) . Есть специальные, до -150 где то можно опустить.
Дорогие очень, у меня таких небыло. Чито инфа от производителя. В Штатах их производят.
Бутерброд собирают пирамидой. Учитывай низкий КПД, например 4 40х40, на них через медную пластину 4 20х20 на них через медь одну 20х20. Вот будет у тебя сотка перепада.
Естественно всё в теплоизоляции, то же ступеньками. Охлаждение хорошо бы жидкостным сделать. Еффективность выше.
Есть формулы расчёта, можно погуглить, но примерно так. Для батарейных приборов КПД и потребление критично, но в твоём случае судя по всему важна температура.
Регулеровку температуры то же по ступенькам .С учётом исключения перегрева тёплой стороны. Контроллер понадобиться, я думаю.
 
L

lexa9131

  • 12 Янв 2021
ADOWWW сказал(а):
Бутерброд собирают пирамидой. Учитывай низкий КПД, например 4 40х40, на них через медную пластину 4 20х20 на них через медь одну 20х20. Вот будет у тебя сотка перепада.
Естественно всё в теплоизоляции, то же ступеньками.
По поводу бутербродов, то лучше их собирать самому и через пирамидки (примерно как в первом посте), что бы толщина теплоизоляции бала побольше между горячим радиатором и холодным.
При толщине элемента в 3 - 4 мм и прокладки из меди хоть в 5 мм, получаем теплоизоляцию порядка 20 - 25 мм. Пенопласт в 25 мм для перепада в 100 градусов не лучший случай.
ADOWWW сказал(а):
Есть формулы расчёта, можно погуглить,
Уже считал (бесплатная) и давал калькулятор на холодильник -  ссылка скрыта от гостей 

Если есть ещё какие, более точные, то хорошо бы узнать, но я не нашёл, точнее не сильно то искал.
 

Верх Низ