Éléments Peltier – refroidissement et chauffage

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Les modules thermoélectriques standard ont un principe de fonctionnement inverse. Dans cet article, nous parlerons de l’utilisation des modules Peltier-Seebeck dans les échangeurs de chaleur et donnerons un exemple d’assemblage d’un refroidisseur d’eau et d’un système de refroidissement de base pour l’air avec possibilité de redémarrage (chauffage).

Éléments Peltier. Refroidissement et chauffage

Le principe de fonctionnement des modules thermoélectriques (TEM), utilisés pour le refroidissement, est basé sur l’effet Seebeck – le processus opposé à l’effet Peltier. L’élément principal est le même TEM décrit dans la première partie. Lorsqu’un courant continu est appliqué au champ des thermocouples, une différence de température est observée sur les plans de la plaque céramique. C’est un fait basé sur un processus thermodynamique, que nous ne décrirons pas (pour ne pas se lasser de calculs scientifiques), mais nous montrerons comment l’appliquer au quotidien..

Remarque.Pour construire les unités, dont les instructions sont données ci-dessous, vous aurez besoin de compétences pratiques de base dans l’assemblage de circuits électriques. Les modèles de nœuds donnés sont approximatifs et peuvent être remplacés par des modèles similaires (ou plus / moins puissants) à la discrétion du maître.

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Le lecteur averti a déjà compris que la « poche miracle » de la première partie peut être utilisée pour refroidir le liquide si vous le faites passer « dans le sens opposé » en branchant un courant continu.

Les TEM sont utilisés dans chaque refroidisseur d’eau. Il est tout à fait possible de construire un analogue de cet appareil d’usine de vos propres mains, alors que cela ne fonctionnera pas plus mal. Nous décrirons le principe même de fonctionnement et le schéma de montage. Les options de mise en page et d’exécution peuvent être sélectionnées en fonction de vos propres besoins. Par exemple, rendez-le portable ou stationnaire, intégré dans un meuble de cuisine ou un système de traitement d’eau potable. Cette dernière option est optimale, car le refroidissement du système sera contrôlé (lors de l’alimentation électrique).

Pour cela, nous avons besoin de:

  1. Récipient rectangulaire en acier inoxydable scellé plat de dimensions 100x100x30 (échangeur de chaleur à ballon) avec sorties filetées? pouces sur les côtés courts. C’est le seul élément dont la production est mieux commandée par un maître en usine.
  2. Approvisionnement en eau potable avec raccord allumé? pouces (du réservoir ou de l’alimentation en eau).
  3. Alimentation 10-12 volts avec ampérage réglable.
  4. Modules thermoélectriques TEC1-12705 (40×40) – 2 pcs..
  5. Section de fil 0,2 mm.
  6. Colle thermofusible ou pâte thermique.
  7. Touche pour 2 canaux (interrupteur à bascule, bouton).
  8. Robinet, fer à souder, soudure.

Éléments Peltier. Refroidissement et chauffage

À l’aide de colle chaude, fixez le TEM sur le ballon. Nous connectons les fils dans les groupes appropriés (plus et moins). Nous déterminons un emplacement pratique pour la clé, en tenant compte de la possibilité de remplacement lors de la réparation et de l’accessibilité lors de l’utilisation. Nous l’incluons dans le diagramme. Nous connectons les fils à l’alimentation. Nous réalisons des tests de circuits.

Attention! Lors du test, limitez-vous à observer le fait même du bon fonctionnement, mais n’essayez pas de donner la charge maximale à sec – cela peut entraîner une défaillance du TEM (ne peut pas être réparé).

Ensuite, nous connectons le raccord d’entrée du ballon de l’échangeur de chaleur avec le canal d’alimentation en eau, et la sortie avec le tuyau (flexible ou rigide) au robinet.

Nous remplissons le système d’eau et réglons l’ampérage optimal à la pression de jet requise. La tête optimale est légèrement plus forte que la gravité. Ce sera suffisant pour la prise d’eau potable fraîche. Le reste des nuances – attaches, longueur de fil, emplacement – sont purement individuelles dans chaque cas.

Ce système de base peut être développé et amélioré. Par exemple, installez un thermostat dans l’échangeur de chaleur et incluez-le dans le circuit au lieu d’une clé (interrupteur à bascule) – il convient là où de l’eau d’une certaine température est constamment nécessaire. Le ballon de l’échangeur de chaleur peut être en argent pour une ionisation supplémentaire de l’eau. En incluant un convertisseur élévateur de tension constante EK-1674 dans le système, vous pouvez réduire la consommation d’énergie au minimum.

Calcul du coût de construction d’une glacière:

NomUnité tour.QtéPrix ​​unitaire / frotter.St, frotter.
Échangeur de chaleur en acier inoxydable (avec travail)PCS.110001000
TEM TEC1-12705 (40×40), 53 wattsPCS.2300600
Source de courantPCS.1300300
CléPCS.15050
Fils de 0,2 mmmcinq630
Colle chaude (pâte thermique) Radial 2 mlPCS.1150150
Tuyaux, raccords, chemises300300
Total2430

Ce système n’utilise pas de radiateur à ailettes, car l’objectif fixé – refroidir (mais pas congeler) un petit volume d’eau (300 ml) – est atteint sans lui..

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Une tâche plus difficile est le refroidissement par air. Si dans le cas de l’eau, l’efficacité du refroidisseur est garantie par la différence de densité du média (eau – air), alors dans le cas d’un milieu homogène (air – air) la situation est plus compliquée. La principale difficulté est l’élimination de la température du côté chaud de la surface TEM. Plus précisément – élimination synchrone de la température des deux surfaces. Si vous démarrez simplement l’élément Peltier-Seebeck, l’air chauffé et refroidi se mélangeront et la température s’égalisera.

Dans des espaces confinés de petit volume (jusqu’à 0,7 m3) un système de refroidissement basé sur un TEM avec une sortie d’air double face est tout à fait applicable. Cela vous permet de construire une nouvelle glacière ou de donner une seconde vie à un ancien réfrigérateur (congélateur). Pour ce faire, vous devrez compliquer un peu le système en intégrant une paire de ventilateurs d’extraction de puissance mutuelle, un relais de température, un radiateur à ailettes et utiliser des modules thermoélectriques plus performants..

Éléments Peltier. Refroidissement et chauffage

Nous avons besoin (pour un point de refroidissement de base):

  1. TEM TES1-12712 (40Х40), 106 watts – 1 pièce.
  2. Ventilateur RQA 12025HSL 110VAC (ou plus puissant) – 2 pièces.
  3. Radiateur HS 036-100 (100x85x25 mm).
  4. Thermostat TAM-133-1m (thermocontact avec capteur).
  5. Alimentation CC 12 volts 6 ampères (réglable).
  6. Feuille de duralumin.
  7. Fils, graisse thermique, attaches

Dans la boîte finie, dans la partie supérieure de la zone réfrigérée, nous fabriquons une fenêtre rectangulaire de dimensions 100×100 mm. Nous découpons deux plaques de duralumin de dimensions 130×130 mm et 180×180 mm. Nous fixons le ventilateur au centre de la petite plaque de manière à ce que le flux d’air reste à 1 cm Nous installons le thermocontact à l’intérieur du boîtier. Nous montons la plus petite des plaques de l’intérieur de la boîte (avec un ventilateur à l’intérieur de la boîte) sur des vis ou des rivets à travers un scellant. Nous collons les TEM sur la plaque montée et sortons les fils. Nous découpons et plions une grande plaque pour qu’elle s’insère dans le trou de montage, mais en même temps, il y a des côtés pour la fixation à la paroi de la boîte de l’extérieur. Nous y attachons un radiateur et un deuxième ventilateur. Lubrifiez généreusement avec de la pâte thermique TEM et montez la plaque sur la paroi de la boîte à l’aide d’un mastic.

Attention! Il doit y avoir un contact maximum entre la zone TEM et la plaque!

Nous collectons le circuit électrique. Nous vous recommandons d’allumer les ventilateurs à une puissance maximale constante, et le courant pour le TEM à travers le régulateur. Cela garantira une élimination efficace de la température et un mélange d’air lors du fonctionnement dans différents modes (pas à pleine capacité).

Les avantages de cette conception:

  • fonctionnement silencieux par rapport aux réfrigérateurs à compresseur;
  • manque de mécanismes et de pièces mobiles, forces de frottement (rien à casser);
  • les caloporteurs liquides (fréon) ne sont pas utilisés;
  • consommation électrique totale d’environ 200 watts;
  • vous pouvez mettre à niveau la conception, varier les performances;
  • disponibilité et maintenabilité des unités individuelles.

Désavantages:

  • de la condensation peut apparaître sur les plaques de duralumin;
  • unité de contrôle externe;
  • de nombreux facteurs et nuances de travail sont révélés empiriquement lors de l’utilisation;
  • petit domaine d’application.

Éléments Peltier. Refroidissement et chauffage

Calcul du coût de construction d’un système de refroidissement de base pour un réfrigérateur et un climatiseur:

NomUnité tour.QtéPrix ​​unitaire / frotter.St, frotter.
TEM TES1-12712 (40Х40), 106 wattsPCS.1600600
Ventilateur RQA 12025HSL 110VACPCS.2150300
Duralumin 3 mmPCS.1300300
Alimentation DCPCS.1300300
Thermostat TAM-133-1mPCS.1250250
Radiateur HS 036-100PCS.1220220
Fils, graisse thermique, attaches, soudure300300
Total2270

En principe, cette conception est un climatiseur intégré prêt à l’emploi qui peut être installé dans la cabine d’une voiture, d’un tracteur, dans une volière fermée ou dans une cabine de sécurité. Il suffit de réfléchir à la protection constructive contre les précipitations atmosphériques.

La réserve de marche du module TEC1-12712 est assez importante. L’amplitude de température sur les côtés de l’élément peut atteindre 50 degrés. Avec une température de l’air dans la pièce de +27 ° C et l’utilisation d’un système de refroidissement liquide (radiateur + ventilateur), vous pouvez extraire un impressionnant moins 25 ° C en sortie! Cela vous permet de créer des congélateurs silencieux et sans compresseur, même à la maison.

Où les modules thermoélectriques sont-ils utilisés ailleurs?

L’effet Peltier-Seebeck est connu depuis les années 1840. Il est activement utilisé à ce jour, grâce à la stabilité des lois de la physique. Le module thermoélectrique trouvera toujours un endroit où il y a un excès d’énergie ou il est nécessaire de transférer rapidement et silencieusement la chaleur.

Les principales applications des modules thermoélectriques:

  1. Refroidissement des microcircuits. Les ventilateurs appartiennent au passé en tant qu’échangeur de chaleur principal. Ils sont remplacés par des TEM compacts, silencieux et pratiquement éternels.
  2. Ingénierie mécanique. Même l’ICE le plus moderne génère des gaz d’échappement de la chambre de combustion. Les ingénieurs utilisent leur chaleur pour générer de l’énergie supplémentaire à l’aide d’éléments Peltier. L’énergie collectée est renvoyée aux systèmes moteurs, mais sous forme de courant continu, ce qui économise du carburant.
  3. Appareils électroménagers. Tout ce qui est décrit ci-dessus, ainsi que la plupart des appareils électroménagers qui fonctionnent pour le refroidissement ou le chauffage (à l’exception des réfrigérateurs à compresseur).

Éléments Peltier. Refroidissement et chauffage

Et un dernier petit secret. Notre module a une propriété presque merveilleuse – la réversibilité. Cela signifie que lorsque la polarité CC est inversée sur les fils du module (à l’aide d’un interrupteur), les surfaces chaudes et froides sont inversées. Le refroidisseur se transforme en radiateur, le réfrigérateur en chambre thermique (incubateur) et le climatiseur se transforme en radiateur soufflant de faible puissance. Vous n’êtes pas obligé de modifier le schéma de l’appareil pour cela. Changez simplement la polarité.

Ce principe est utilisé dans un appareil appelé récupérateur. C’est une boîte composée de deux chambres isolées, qui communiquent entre elles à l’aide de ventilateurs. Avec l’aide de modules Peltier, l’air froid de l’extérieur est chauffé par l’énergie extraite de l’air chauffé qui est évacué de la pièce. L’appareil vous permet d’économiser sur le chauffage de la maison.

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