Тема охолодження компонентів ПК хвилює багатьох користувачів. Більшість їх обмежуються стандартними повітряними кулерами, окремі ентузіасти збирають СВО. А що далі? Напевно ті, хто серйозно цікавився розгоном, чули про модулі Пельтьє (або термоелектричні модулі, далі за текстом - ТЕМ; англійський варіант - TEC, Thermoelectric Cooler) та їх застосування в якості тепло-відводів для елементів комп'ютера, що сильно-гріються.

Однак часто навіть базову інформацію щодо правильному використаннюцих дивовижних пристроїв знайти важко, звідси – численні помилки тих, хто вперше з ними стикається. До речі, виробники систем охолодження також експериментують з модулями Пельтьє, часом представляючи на суд публіки цікаві концепти. Як працюють ТЕМ, чи дійсно вони такі вже необхідні в СО комп'ютера, як самостійно зібрати нехитрі кулери і уникнути найпростіших помилок, досить характерних для новачків, - про все це ми розповімо в даному матеріалі.

Трохи теорії

Чим же є модулі Пельтьє? У базовому визначенні це термоелектричні перетворювачі, принцип дії яких ґрунтується на ефекті Пельтьє, відкритому далекого 1834 року. Суть даного процесу полягає у виникненні різниці температур у місці контакту матеріалів при протіканні крізь них електричного струму.

Ми не вдаватимемося до подробиць історії відкриття та наукового обґрунтування специфіки роботи ТЕМ, оскільки цій темі можна присвятити цілу дисертацію. Однак загальні поняттязгадаємо.

Базова схема пристрою ТЕМ

Елементи Пельтьє складаються з двох струмопровідних матеріалів (напівпровідників) із різними рівнями енергії електронів у зоні провідності. Фізика протікання струму через подібні речовини така, що для переходу електронів їм потрібне певне підживлення, одержуване в момент проходження струму через спайку. У такому разі можливе переміщення частинок у високоенергетичну зону провідності від одного матеріалу до іншого. Місце зіткнення напівпровідників у момент поглинання енергії охолоджується. Зміна напрямку струму або переміщення електронів з більш енергетичної зони менш насичену призводить до нагрівання місця контакту. Крім цього, у модулях Пельтьє спостерігається тепловий ефект, характерний для будь-яких речовин, через які пропускають електричний струм. Взагалі процеси, притаманні ТЕМ, проявляються і в місці контакту звичайних металів, проте визначити їх без складних приладівмайже неможливо. Тому основою для модулів є напівпровідники.

Елемент Пельтьє складається з однієї або більше пар напівпровідникових паралелепіпедів різних типів (як у діодах чи транзисторах, n- та p-типу). Сучасна індустрія з цією метою найчастіше вибирає германід кремнію і телурид вісмуту. Напівпровідники попарно з'єднуються металевими перемичками із легкоплавких речовин. Останні виконують роль термоконтактів і безпосередньо стикаються з керамічною пластинкою або підставкою. Пари напівпровідників з'єднані послідовно, різні види провідності контактують один з одним. З одного боку модуля є лише n->p-переходи, з іншого - p->n. Перебіг струму викликає охолодження та нагрівання протилежних груп контактів. Тому можна говорити про перенесення струмом теплової енергії з одного боку модуля Пельтьє на іншу і, як наслідок, виникнення різниці температур на платівці. Правильне застосування модулів дозволяє отримати деякі вигоди для промислових, зокрема комп'ютерних СО. До речі, елементи можуть бути використані і як електрогенератори - ґрунтуючись на тих же принципах роботи, фізика протікають усередині процесів пояснюється ефектом Зеєбека (умовно кажучи, той самий ефект Пельтьє з «протилежним знаком»).

Плюси та мінуси застосування ТЕМ

Найчастіше до переваг модулів Пельтьє відносять:

• порівняно невеликі габарити;
• можливість роботи і охолодження, і нагрівання системи;
• відсутність рухомих частин, механічних складових, схильних до зносу.

У той же час ТЕМ мають ряд недоліків, які стримують їх повсюдне практичне застосування. Серед них такі:

• низький ККД модулів;
• необхідність наявності джерела струму для їх роботи;
• велика споживана потужність для досягнення помітної різниці температур і, як наслідок, суттєве тепловиділення;
• обмежені габарити та корисні характеристики.

Однак, незважаючи на негативні характеристики модулів Пельтьє, вони знайшли своє застосування у ряді продуктів. ТЕМ вигідні насамперед там, де енергетична ефективність охолоджувача некритична, що менше - то краще. Елементи служать для охолодження пристроїв із зарядним зв'язком у цифрових фотокамерах, що дозволяють досягти помітного зменшення теплового шуму при тривалих експозиціях. Модулі Пельтьє часто застосовуються для охолодження та термостатування. діодних лазерівз метою стабілізації довжини хвилі їхнього випромінювання. Можливе використання декількох ТЕМ, складених послідовно у вигляді каскадів (холодна сторона одного охолоджує гарячу іншу), завдяки чому можна досягти дуже сильно низьких температурдля пристроїв, що мають малий тепловиділення. Елементи Пельтьє – основа компактних холодильників, насамперед автомобільних. Їх застосовують і в мініатюрних сувенірах з комп'ютерної периферії, і в продуктивних СО в якості основних або допоміжних компонентів. Саме про останній варіант ми й поговоримо докладніше.

Модулі Пельтьє у ПК: практика

При переході до практичної реалізаціїСО з урахуванням ТЕМ необхідно зробити кілька застережень, які дозволять правильно підібрати параметри підсумкових конструкцій. Нерідко експерименти новачків закінчуються плачевно: або температури на холодній стороні модулів під час роботи виходять вище, ніж на гарячій, або системи демонструють відверто слабкі результати навіть у порівнянні зі стоковими кулерами без елементів Пельтьє. Причини часто криються в неправильному розрахунку (або побудові СО навмання). Справа в тому, що будь-який ТЕМ має свої штатні характеристики, зазвичай виділяють два значення (розглянемо їх на прикладі модуля ТЕС1-12709 із заявленою максимальною потужністю 136 Вт), наприклад, пишуть, що ΔTmax Qcmax=0(°С) 66 і Qcmax ΔTmax = 0 (W) 89.2. Перефразовуючи цей вираз: модуль здатний забезпечити максимальний перепад температур між сторонами, що дорівнює 89,2 ºС за відсутності теплового навантаження і 0 ºС за наявності такої на холодну сторону 66 Вт. Таким чином, корисне навантаження модуля лежить у межах від 0 до 66 Вт, в ідеалі – чим менше – тим краще і тим більшу різницю температур забезпечить ТЕМ. У той же час будь-який модуль має іншу характеристику - максимальну споживану потужність, яку теж потрібно відвести від нього за допомогою системи охолодження. Для аналізованого ТЕС1-12709 Umax (В) дорівнює 15.2, I max- 9 А. Отже, при вказаних параметрахмаємо енергоспоживання 136,8 Вт, що, погодьтеся, чимало.

Система охолодження повинна успішно відводити тепло безпосередньо від модуля (забезпечуючи максимально можливу низьку температуру гарячої сторони) та компонентів ПК. Приблизний ККД такої системи можете обчислити самі - при корисній складовій 150-200 Вт (приблизно стільки виділяють сучасні розігнані CPU) для отримання хоч якихось видимих ​​результатів доведеться витратити не менше 600-800 Вт електричної потужності і відвести не менше кіловата теплової. Саме тому продуктивні СО на базі модулів Пельтьє не набули широкого поширення. Втім, прецеденти порівняно успішної реалізації гібридних кулерів відомі, а ми спробуємо створити свої – малопотужний та оптимальний. Щоб уникнути обмежень у вигляді недостатнього тепловідведення, на гарячу сторону ТЕМ помістимо продуктивні водоблоки, підключені в контур СВО. До речі, модулі Пельтьє не можна встановлювати безпосередньо на ядро/теплорозподільну кришку чіпів - тонка керамічна підкладка не здатна підтримувати ефективну теплопередачу до всіх напівпровідникових пар, що становлять ТЕМ. Для цієї мети найкраще підійде проміжний «буфер» - мідна пластинка завтовшки 5-7 мм, що повністю закриває поверхню модуля. До речі, оптимальний режим експлуатації елементів Пельтьє забезпечується при зниженій напрузі та струмі, що споживається. Наближення цих параметрів до максимальних суттєво підвищує теплову віддачу пластини, проте не так відчутно – корисну складову.

Ми вирішили по максимуму охолодити графічний чіп відеокарти Radeon HD 4350 та CPU Core 2 Duo E8500, спробувавши розігнати ці компоненти. Для відведення тепла від GPU використовувалися вже згаданий ТЕС1-12709 (максимальна споживана потужність – 136 Вт) та саморобний мідний водоблок, у парі з процесором працювали ТЕС1-12726 (395 Вт) та один з найкращих промислових водоблоків Swiftech Apogee. Модулі підключалися безпосередньо до комп'ютерного БП в 12-вольтовий ланцюг. Застосування кіловатного be quiet! Dark Power PRO BQT P6PRO-1000W давало всі підстави не переживати за нестачу потужності для живлення ПК та елементів системи охолодження. У контурі СВО працювали два «подвійні» радіатори під 120-міліметрові вентилятори та помпа Hydor Seltz L30 (продуктивністю 1200 л/год на холостому ході).

У разі охолодження компонентів до температур нижче за кімнатні (зокрема, нижче «точки роси») варто очікувати появи конденсату на переохолоджених поверхнях. Зрозуміло, що вода в такому вигляді є головним ворогом користувача і її виділення необхідно попередити. Робиться це шляхом ретельної теплоізоляції будь-яких поверхонь (частин РСВ, навколосокетного простору з обох боків плати, власне ТЕМ, теплорозподільника процесора та GPU) матеріалами, що не пропускають повітря. Найкраще для цих цілей підходить стандартний теплоізоляційний матеріал для труб водопостачання (на підставі спіненого каучуку), спеціальні замазки, окремі види поролону, що поставляється в комплекті з компонентами ПК, на крайній кінець термопасту та паперові серветки. В останньому випадку допустима експлуатація ПК лише для проведення короткочасних бенчінг-сесій. Теплоізоляція забезпечить підвищення загального ККД установки.

Підсумкові температури, отримані в різних режимах роботи компонентів, порівняння їх з показниками, що забезпечуються виключно системою водяного охолодження, наведені в діаграмі. Як бачите, модулі Пельтьє дозволили знизити температуру компонентів відчутно нижче за кімнатну (залежно від завантаження). У таких умовах не склало особливих труднощів розігнати процесор до частоти 4,3 ГГц з підвищенням напруги живлення до 1,35 В, а GPU змусити функціонувати на 800 МГц (штатне значення - 600 МГц). У той же час ми отримали відчутний нагрів СО тестового стенду(У корпусі ситуація погіршилася б більш істотно) і різке зростання рівня енергоспоживання ПК (власне, вся конструкція споживає більше, ніж окремо взятий комп'ютер на базі компонентів тестового стенду). Подібне рішення однозначно стане в нагоді взимку, проте влітку навряд чи порадує більшість користувачів.

Чи готові ви на такі жертви для досягнення порівняно низьких температур на компонентах ПК? Вирішуйте самі, але пам'ятайте про базові поради, наведені в цій частині матеріалу - вони допоможуть правильно застосувати модулі Пельтьє на практиці. Використання систем охолодження на основі ТЕМ розумно та виправдано у випадку з малопотужними компонентами (чіпсетами материнських плат, GPU низько- та середньорівневих відеокарт). Не забувайте і про теплоізоляцію елементів, що охолоджуються - адже конденсат є головним ворогом системи під час експериментів з ТЕМ.

Висновки

Підсумовуючи вищесказане щодо особливостей роботи модулів Пельтьє та доцільності їх практичного застосування, повторимося: ТЕМ мають згадані переваги та недоліки, які не дозволяють дати однозначної відповіді на запитання: «Чи варто…?» Їх використання виправдане для відведення незначних теплових навантажень (саме до них належать компактні холодильники, термостатовані лазери; ЗІ для малопотужних компонентів ПК - чіпсетів та окремих GPU).

На базі елементів Пельтьє можна створювати різні саморобні охолоджувальні та нагрівальні пристрої, є приклади успішної реалізації малопотужних генераторів. Але перш ніж займатися виготовленням подібних конструкцій, ознайомтеся все ж таки з теоретичної складової - попередня підготовка позбавить помилок і заощадить час у момент практичного втіленняпроектів.

Говорити про застосування модулів Пельтьє в ПК слід досить обережно: прочитавши про отримання низьких температур на елементах, що охолоджуються, новачки часто забувають про значну споживану і виділяється потужність подібних СО, не враховують параметри і «запас міцності» окремо взятої конструкції. ТЕМ зацікавлять насамперед оверклокерів, для яких будь-який виграшний градус і кожен мегагерц є важливими. Розглянуті елементи - проміжна ланка між класичними системами водяного охолодження та чилерами чи фреонками, що працюють за принципом фазового переходу. Втім, застосування ТЕМаж ніяк не назвеш простим, тому перш ніж приступати до серйозних експериментів, ретельно зважте всі за і проти.

Готові СО на базі ТЕМ

Модулі Пельтьє використовуються виробниками систем охолодження для ПК як основні та допоміжні компоненти кулерів. Іноді виходять ефектні дієві пристрої, іноді все виходить не так гладко, як спочатку замислювалося. Ми вирішили згадати основні СО, що застосовують ТЕМ, яким пророкували роль революціонерів свого часу.

Один із перших кулерів з елементом Пельтьє, що наробив порівняно багато шуму у сфері охолодження CPU(2003 рік). Однак невисокий запас міцності, значне на той час енергоспоживання, громіздкість конструкції та галасливість у роботі не дозволили йому закріпитися на ринку. Якби ця модель з'явилася на рік-два раніше - можливо, все обернулося б інакше.

Суперкулер для відеокарт, побудований за тим самим принципом, що і Titan Amanda: одна половина радіатора працює безпосередньо на відведення тепла від GPU, інша охолоджує гарячу сторону ТЕМ. Свого часу виявився одним із найкращих під час тестування СО для графічних адаптерів. (Ми писали про нього у «Домашньому ПК» у 2007 році.)

Найпотужніше сучасне рішення для охолодження CPU, що використовує елемент Пельтьє. Є продуктивним водоблоком, що відводить тепло від ТЕМ (близько 400 Вт споживаної електричної потужності), який, у свою чергу, створює оптимальний температурний режим процесора. Ця система здатна забезпечити функціонування Core i7 на частоті близько 4 ГГц при температурі близько 0 ºС (режим простою) та 20-30 ºС у режимі максимального навантаження.

Аналогічно процесорному рішенню є високопродуктивний водоблок для графічного адаптера, доповнений модулем Пельтьє Залежно від TDP відеочіпа, здатне утримувати його температуру на рівні кімнатної або нижче.

Елементи Пельтьє цієї СО охолоджують частину теплових трубок. Підхід досить цікавий і правильний, застосування модулів дозволяє збити пару-трійку градусів на процесорі. Однак економічна доцільність такого ходу - під великим питанням, тому що V10 при суттєвій ціні не в змозі випередити найкращі повітряні суперкулери. Швидше за все, винні особливості конструкції та недостатня потужністьТЕМ.

Серія досить сучасних процесорних суперкулерів на теплових трубках, які використовують термоелектричний модуль (2007-2008 рр.). Частина радіатора відводила тепло безпосередньо від ТЕМ, тоді як інша половина охолоджувала компонент, що гріється. Подібний підхід до проектування дозволяє уникнути різкого навантаження СО внаслідок перевищення лімітів тепловиділення модуля Пельтьє. Кулери лінійки Amanda демонстрували відмінні результати з процесорами, що мають порівняно невисокий TDP.

XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project

Власників СВО і тих, хто збирається придбати рідинні системи, можуть зацікавити так звані чиллери на базі елементів Пельтьє. Залежно від типу підключення ТЕМв контур вони дозволять трохи знизити температуру теплоносія, а при створенні потужних ЗІ навіть забезпечать температуру холодоагенту, близьку до нульової.

Відомий нашим читачам ентузіаст Wehr-Wolf давно цікавився порушеною темою ефективного охолодження компонентів ПК та їх подальшого екстремального розгону. Починалося все у далекому 2005 році з теоретичних нарисів, міркувань та одного з головних компонентів системи – масивного «бутерброду», що складається з великих водоблоків. Однак покинуті на довгий часЗадуми вдалося продати лише разом з автором цього матеріалу, в середині цього року запустивши ентузіастський проект XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project.

Перший пуск ТЕМ-чілера у польових умовах

Принцип роботи системи досить простий: модулі Пельтьє (8 ТЕМ з максимальною споживаною потужністю 136 Вт кожен) охолоджують з двох сторін великий мідний водоблок, а самі охолоджуються аналогічними водоблоками. Холодний і гарячий контури СВО повністю розділені між собою. Для живлення такої кількості ТЕМ у процесі першого запуску використовувалися два комп'ютерні БП із загальною заявленою потужністю 1200 Вт, як охолоджувач «гарячого» контуру виступало СЖО з двома радіаторами під два 120-міліметрові вентилятори кожен, що прокачується потужною помпою. Однак навіть такий СВО виявилося замало, і радіатори довелося продувати високопродуктивними промисловими вентиляторами. У «холодний» контур були підключені помпа Hydor L20 II і водоблок Swiftech Apogee GT, охолоджувачем виступав великий водоблок, що контактує з холодною стороною ТЕМ. В результаті першого експерименту вдалося досягти температури води в контурі порядку 5-7 ºС, при цьому як навантаження для системи використовувався процесор Core i7 965 Extreme Edition, Розігнаний до частоти 4 ГГц.

З одного боку, отримані результати справді вражають - подібні температури при таких навантаженнях здатні забезпечити хіба що чилери на основі систем фазового переходу, з іншого - а чи варто вичинки? Жахлива споживана потужність системи, громіздка СО "гарячого" контуру, висока загальна вартість виправдовуються лише концептуальним статусом XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project, який зараз перебуває у стадії доопрацювання.

Холодильне обладнання настільки міцно увійшло в наше життя, що навіть важко уявити, як можна без нього обходитися. Але класичні конструкції на холодоагентах не підходять для мобільного використання, наприклад, як похідна сумка-холодильник.

З цією метою використовуються установки, у яких принцип роботи побудований ефект Пельтье. Коротко розповімо про це явище.

Що це таке?

Під цим терміном мають на увазі термоелектричне явище, відкрите в 1834 році французьким натуралістом Жаном-Шарлем Пельтьє. Суть ефекту полягає у виділенні чи поглинанні тепла в зоні, де контактують різнорідні провідники, якими проходить електричний струм.

Відповідно до класичної теорії існує таке пояснення явища: електричний струм переносить між металами електрони, які можуть прискорювати або уповільнювати свій рух, залежно від контактної різниці потенціалів у провідниках, зроблених з різних матеріалів. Відповідно, зі збільшенням кінетичної енергії, відбувається її перетворення на теплову.

На другому провіднику спостерігається зворотний процес, що вимагає поповнення енергії відповідно до фундаментального закону фізики. Це відбувається за рахунок теплового коливання, що спричиняє охолодження металу, з якого виготовлений другий провідник.

Сучасні технології дозволяють виготовити напівпровідникові елементи-модулі із максимальним термоелектричним ефектом. Має сенс коротко розповісти про їхню конструкцію.

Пристрій та принцип роботи

Сучасні модулі є конструкцією, що складається з двох пластин-ізоляторів (як правило, керамічних), з розташованими між ними послідовно з'єднаними термопарами. Зі спрощеною схемою такого елемента можна ознайомитися на наведеному нижче малюнку.

Позначення:

• А – контакти підключення до джерела живлення;
• B – гаряча поверхня елемента;
• С – холодна сторона;
• D – мідні провідники;
• E – напівпровідник на основі р-переходу;
• F – напівпровідник n-типу.

Конструкція виконана таким чином, що кожна зі сторін модуля контактує або p-n або n-p переходами (залежно від полярності). Контакти p-nнагріваються, n-p – охолоджуються (див. рис.3). Відповідно виникає різниця температур (DT) на сторонах елемента. Для спостерігача цей ефект виглядатиме як перенесення теплової енергії між сторонами модуля. Примітно, що зміна полярності живлення призводить до зміни гарячої та холодної поверхні.

Мал. 3. А – гаряча сторона термоелемента, В – холодна

Технічні характеристики

Характеристики термоелектричних модулів описуються такими параметрами:

• холодопродуктивністю (Q max), ця характеристика визначається на основі максимально допустимого струмуі різниці температури між сторонами модуля, що вимірюється у Ваттах;
• максимальним температурним перепадом між сторонами елемента (DT max), параметр наводиться для ідеальних умов, одиниця виміру – градуси;
• допустима сила струму, необхідна забезпечення максимального температурного перепаду – I max ;
• максимальним напругою U max , необхідним струму I max , щоб досягти пікової різниці DT max ;
• внутрішнім опором модуля – Resistance, що вказується в Омах;
• коефіцієнтом ефективності – СОР (абревіатура від англійської – coefficient of performance), по суті це ККД пристрою, що показує відношення потужності, що охолоджує до споживаної. У недорогих елементів цей параметр знаходиться в межах 0,3-0,35, більш дорогі моделі наближаються до 0,5.

Маркування

Розглянемо, як розшифровується типове маркування модулів з прикладу малюнка 4.

Рис 4. Модуль Пельтьє з маркуванням ТЕС1-12706

Маркування розбивається на три значущі групи:

1. Позначення елемента. Дві перші літери завжди незмінні (ТІ) говорять про те, що це термоелемент. Наступна вказує розмір, можуть бути літери "С" (стандартний) та "S" (малий). Остання цифравказує скільки шарів (каскадів) в елементі.
2. Кількість термопар у модулі, зображеному на фото їх 127.
3. Розмір номінального струму в Амперах, у нас – 6 А.

Так само читається маркування та інших моделей серії ТЕС1, наприклад: 12703, 12705, 12710 тощо.

Застосування

Незважаючи на досить низький ККД, термоелектричні елементи знайшли широке застосування у вимірювальній, обчислювальній та побутовій техніці. Модулі є важливим робочим елементом таких пристроїв:

• мобільних холодильних установок;
• невеликих генераторів для вироблення електрики;
• систем охолодження у персональних комп'ютерах;
• кулери для охолодження та нагрівання води;
• осушувачі повітря тощо.

Наведемо детальні приклади використання термоелектричних модулів.

Холодильник на елементах Пельтьє

Термоелектричні холодильні установки значно поступаються за продуктивністю компресорним та абсорбційним аналогам. Але вони мають вагомі переваги, що робить доцільним їх використання за певних умов. До таких переваг можна віднести:

• простота конструкції;
• стійкість до вібрації;
• відсутність рухомих елементів (за винятком вентилятора, що обдуває радіатор);
• низький рівень шуму;
• невеликі габарити;
• можливість роботи у будь-якому положенні;
• тривалий термін служби;
• невелике споживання енергії.

Такі характеристики ідеально підходять для мобільних установок.

Елемент Пельтьє як генератор електроенергії

Термоелектричні модулі можуть працювати як генератори електроенергії, якщо одну з їх сторін піддати примусовому нагріванню. Чим більша різниця температур між сторонами, тим вища сила струму, що виробляється джерелом. На жаль, максимальна температурадля термогенератора обмежена, вона не може бути вищою за точку плавлення припою, що використовується в модулі. Порушення цієї умови призведе до виходу елемента з ладу.

Для серійного виробництва термогенераторів використовують спеціальні модулі з тугоплавким припоєм, їх можна нагрівати до 300°С. У звичайних елементах, наприклад ТЕС1 12715, обмеження - 150 градусів.

Оскільки ККД таких пристроїв невисокий, їх застосовують лише у випадках, коли немає можливості використовувати більш ефективне джерело електричної енергії. Тим не менш, термогенератори на 5-10 Вт мають попит у туристів, геологів і жителів віддалених районів. Великі та потужні стаціонарні установкищо працюють від високотемпературного палива, використовують для живлення приладів газорозподільних вузлів, апаратури метеорологічних станцій і т.д.

Для охолодження процесора

Нещодавно дані модулі стали використовувати в системах охолодження CPU персональних комп'ютерів. Враховуючи низьку ефективність термоелементів, користь таких конструкцій досить сумнівна. Наприклад, щоб охолодити джерело тепла потужністю 100-170 Вт (відповідає більшості сучасних моделей CPU), потрібно витратити 400-680 Вт, що потребує встановлення потужного блокуживлення.

Другий підводний камінь – незавантажений процесор менше виділятиме теплової енергії, і модуль може охолодити його менше точки роси. В результаті почне утворюватися конденсат, що гарантовано виведе електроніку з ладу.

Тим, хто зважиться створити таку систему самостійно, потрібно провести серію розрахунків щодо підбору потужності модуля під певну модель процесора.

Виходячи з вище сказаного, використовувати дані модулі як систему охолодження CPU нерентабельно, крім цього вони можуть стати причиною виходу комп'ютерної технікиз ладу.

Зовсім інакша справа з гібридними пристроями, де термомодулі використовуються спільно з водяним або повітряним охолодженням.

Гібридні системиохолодження довели свою ефективність, але висока вартістьобмежує коло їхніх шанувальників.

Кондиціонер на елементах Пельтьє

Теоретично такий пристрій конструктивно буде значно простіше класичних систем клімат-контролю, але все впирається в низьку продуктивність. Одна річ – охолодити невеликий об'єм холодильної камери, інша – приміщення чи салон автомобіля. Кондиціонери на термоелектричних модулях більше (в 3-4 рази) споживатимуть електроенергії, ніж обладнання, що працює на холодоагенті.

Що стосується використання як автомобільної системи клімат-контролю, то для роботи такого пристрою потужності штатного генератора буде недостатньо. Заміна його на продуктивніше обладнання призведе до суттєвої витрати палива, що не рентабельно.

У тематичних форумах періодично виникають дискусії на цю тему та розглядаються різні саморобні конструкції, але повноцінного робочого прототипу поки що не створено (крім кондиціонера для хом'ячка). Можливо, ситуація зміниться, коли з'являться в широкому доступі модулі з більш прийнятним ККД.

Для охолодження води

Термоелектричний елемент часто використовують як охолоджувач для кулерів води. Конструкція включає: охолодний модуль, контролер, керований термостатом і обігрівач. Така реалізація значно простіше і дешевше компресорної схеми, крім цього, вона надійніша і простіше в експлуатації. Але є й певні недоліки:

• вода не охолоджується нижче 10-12 ° С;
• на охолодження потрібно довше часу, ніж компресорному аналогу, отже, такий кулер не підійде для офісу великою кількістюпрацівників;
• пристрій чутливий до зовнішньої температури, в теплому приміщенні вода не охолоджуватиметься до мінімальної температури;
• не рекомендується встановлення в запилених кімнатах, оскільки може забитися вентилятор і модуль, що охолоджує, вийде з ладу.

Настільний кулер для води з використанням елементу Пельтьє

Осушувач повітря на елементах Пельтьє

На відміну від кондиціонера реалізація осушувача повітря на термоелектричних елементах цілком можлива. Конструкція виходить досить простою та недорогою. Охолодний модуль знижує температуру радіатора нижче точки роси, в результаті на ньому осідає волога, що міститься в повітрі, що проходить через пристрій. Осіла вода відводиться у спеціальний накопичувач.

Незважаючи на низький ККД, у даному випадкуефективність пристрою цілком задовільна.

Як підключити?

З підключенням модуля проблем не виникне, на дроти виходів необхідно подати постійну напругу, його величина зазначена в дататі елемента. Червоний провід необхідно підключити до плюса, чорний до мінуса. Увага! Зміна полярності змінює місцями поверхні, що охолоджується і нагрівається.

Як перевірити елемент Пельтьє на працездатність?

Найпростіший і найнадійніший спосіб – тактильний. Необхідно підключити модуль до відповідного джерела напруги і торкнутися різних сторін. У працездатного елемента одна з них буде теплішою, інша – холоднішою.

Якщо потрібного джерела під рукою немає, буде потрібно мультиметр і запальничка. Процес перевірки досить простий:

1. підключаємо щупи до висновків модуля;
2. підносимо запалену запальничку до однієї зі сторін;
3. спостерігаємо за показаннями приладу.

У робочому модулі під час нагрівання однієї зі сторін генерується електричний струм, що відобразиться на табло приладу.

Як зробити елемент Пельтьє своїми руками?

Зробити саморобний модуль у домашніх умовах практично неможливо, тим більше в цьому немає сенсу, враховуючи їх відносно невисоку вартість (близько $4-$10). Але можна зібрати пристрій, який буде корисним у поході, наприклад термоелектричний генератор.

Для стабілізації напруги необхідно зібрати простий перетворювач на мікросхемі ІМС L6920.

На вхід такого перетворювача подається напруга в діапазоні 0,8-5,5, на виході він видаватиме стабільні 5, що цілком достатньо для підзарядки більшості мобільних пристроїв. Якщо використовується звичайний елемент Пельтьє, необхідно обмежити робочий діапазон температури сторони, що нагрівається 150 °С. Щоб не турбувати себе відстеженням, як джерело тепла краще використовувати казанок з киплячою водою. В цьому випадку елемент гарантовано не нагріється вище за температуру 100 °С.

Напівпровідникові холодильники Пельтьє

Робота сучасних високопродуктивних електронних компонентів, що становлять основу комп'ютерів, супроводжується значним тепловиділенням, особливо при експлуатації їх у форсованих режимах розгону (overclocking). Ефективна робота таких компонентів потребує адекватних засобів охолодження, що забезпечують необхідні температурні режими їхньої роботи. Як правило, такими засобами підтримки оптимальних температурних режимівє кулери, основою яких є традиційні радіатори та вентилятори.

Надійність та продуктивність таких засобів безперервно підвищуються за рахунок удосконалення їх конструкції, використання новітніх технологій та застосування у їх складі різноманітних датчиків та засобів контролю. Це дозволяє інтегрувати подібні засоби до складу комп'ютерних систем, забезпечуючи діагностику та керування їх роботою з метою досягнення найбільшої ефективності за умови забезпечення оптимальних температурних режимів експлуатації. комп'ютерних елементів, що підвищує надійність та подовжує терміни їхньої безаварійної роботи.

Параметри традиційних кулерів безперервно покращуються, проте останнім часом на комп'ютерному ринку з'явилися і незабаром стали популярними такі специфічні засоби охолодження електронних елементів як напівпровідникові холодильники Пельтьє (хоча часто застосовується слово кулер, але правильним терміном у випадку елементів Пельтьє є саме холодильник).

Холодильники Пельтьє, що містять спеціальні напівпровідникові термоелектричні модулі, робота яких заснована на ефект Пельтьє, відкритому ще в 1834 р., є надзвичайно перспективними пристроями охолодження. Подібні кошти вже багато років успішно застосовують у різних галузях науки і техніки.

У шістдесятих та сімдесятих роках вітчизняною промисловістю робилися неодноразові спроби випуску побутових малогабаритних холодильників, робота яких була заснована на ефекті Пельтьє. Однак недосконалість існуючих технологій, низькі значення коефіцієнта корисної діїта високі ціни не дозволили в ті часи подібним пристроямзалишити науково-дослідні лабораторії та випробувальні стенди.

Але ефект Пельтьє та термоелектричні модулі не залишилися долею лише вчених. У процесі вдосконалення технологій багато негативних явищ вдалося істотно послабити. В результаті цих зусиль було створено високоефективні та надійні напівпровідникові модулі.

У Останніми рокамиДані модулі, робота яких заснована на ефекті Пельтьє, стали активно використовувати для охолодження різноманітних електронних компонентів комп'ютерів. Їх, зокрема, почали застосовувати для охолодження сучасних потужних процесорів, робота яких супроводжується високим рівнем тепловиділення

Завдяки своїм унікальним тепловим та експлуатаційним властивостям пристрої, створені на основі термоелектричних модулів – модулів Пельтьє, дозволяють досягти необхідного рівня охолодження комп'ютерних елементів без особливих технічних труднощів та фінансових витрат. Як кулери електронних компонентів, ці засоби підтримки необхідних температурних режимів їх експлуатації є надзвичайно перспективними. Вони компактні, зручні, надійні і мають дуже високу ефективність роботи.

Особливо великий інтерес напівпровідникові холодильники представляють як засоби, що забезпечують інтенсивне охолодження в комп'ютерних системах, елементи яких встановлено і експлуатуються в жорстких форсованих режимах. Використання таких режимів - розгону (overclocking) часто забезпечує значний приріст продуктивності електронних компонентів, що застосовуються, а, отже, як правило, і всієї системи комп'ютера. Однак робота комп'ютерних компонентів у подібних режимах відрізняється значним тепловиділенням і нерідко перебуває на межі можливостей комп'ютерних архітектур, а також існуючих мікроелектронних технологій. Такими комп'ютерними компонентами, робота яких супроводжується високим тепловиділенням, є не тільки високопродуктивні процесори, а й елементи сучасних високопродуктивних відеоадаптерів, а в деяких випадках мікросхеми модулів пам'яті. Подібні потужні елементи вимагають своєї коректної роботи інтенсивного охолодження навіть у штатних режимах і більше режимах розгону.

Модулі Пельтьє

У холодильниках Пельтьє використовується звичайний, так званий термоелектричний холодильник, дія якого ґрунтується на ефекті Пельтьє. Цей ефект названий на честь французького годинникара Пельтьє (1785-1845 р.), який зробив своє відкриття понад півтора століття тому - в 1834 р.

Сам Пельтьє не зовсім розумів сутність відкритого їм явища. Справжній сенс явища було встановлено кількома роками пізніше 1838 року Ленцем (1804-1865 р.).

У поглиблення на стику двох стрижнів з вісмуту та сурми Ленц помістив краплю води. При пропущенні електричного струму в одному напрямку крапля води замерзала. При пропусканні струму в протилежному напрямку лід, що утворився, танув. Тим самим було встановлено, що при проходженні через контакт двох провідників електричного струму, залежно від напрямку останнього, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Це явище отримало назву явища Пельтьє (ефекту Пельтьє). Таким чином, воно є зворотним по відношенню до явища Зеєбека.

Якщо в замкнутого ланцюга, Що складається з декількох металів або напівпровідників, температури в місцях контактів металів або напівпровідників різні, то в ланцюзі з'являється електричний струм. Це явище термоелектричного струму було відкрито 1821 року німецьким фізиком Зеебеком (1770-1831 р.).

На відміну від тепла Джоуля-Ленца, яке пропорційно квадрату сили струму (Q=R·I·I·t), тепло Пельтьє пропорційне першому ступені сили струму і змінює знак при зміні напрямку останнього. Тепло Пельтьє, як показали експериментальні дослідження, можна висловити формулою:

Qп = П ·q

де q - кількість минулої електрики (q = I · t), П - так званий коефіцієнт Пельтьє, величина якого залежить від природи контактуючих матеріалів та від їх температури.

Тепло Пельтьє Qп вважається позитивним, якщо воно виділяється, і негативним, якщо воно поглинається.

Мал. 1. Схема досвіду для вимірювання тепла Пельтьє, Cu – мідь, Bi – вісмут.

У представленій схемі досвіду вимірювання тепла Пельтьє при однаковому опорі проводів R (Cu+Bi), опущених в калориметри, виділиться те саме джоулеве тепло в кожному калориметрі, а саме по Q=R·I·I·t. Тепло Пельтьє, навпаки, у одному калориметрі буде позитивно, а іншому негативно. Відповідно до даної схеми можна виміряти тепло Пельтьє та обчислити значення коефіцієнтів Пельтьє для різних пар провідників.

Слід зазначити, що коефіцієнт Пельтьє залежить від температури. Деякі значення коефіцієнта Пельтьє щодо різних пар металів представлені у таблиці.

Значення коефіцієнта Пельтьє для різних пар металів
Залізо-константан		Мідь-нікель		Свинець-константан
T, К	П, мВ	T, К	П, мВ	T, К	П, мВ
273	13,0	292	8,0	293	8,7
299	15,0	328	9,0	383	11,8
403	19,0	478	10,3	508	16,0
513	26,0	563	8,6	578	18,7
593	34,0	613	8,0	633	20,6
833	52,0	718	10,0	713	23,4

Коефіцієнт Пельтьє, що є важливою технічною характеристикоюматеріалів, як правило, не вимірюється, а обчислюється через коефіцієнт Томсона:

П = a · T

де П – коефіцієнт Пельтьє, a – коефіцієнт Томсона, T – абсолютна температура.

Відкриття ефекту Пельтьє зробило великий вплив на подальший розвиток фізики, а надалі і різних галузей техніки.

Отже, суть відкритого ефекту полягає в наступному: при проходженні електричного струму через контакт двох провідників, зроблених з різних матеріалів, залежно від його напрямку, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Ступінь прояву даного ефекту значною мірою залежить від матеріалів вибраних провідників та електричних режимів.

Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, що електрони, що переносяться струмом з одного металу в інший, прискорюються або уповільнюються під дією внутрішньої різниці контактної потенціалів між металами. У першому випадку кінетична енергія електронів збільшується, а потім виділяється як тепла. У другому випадку кінетична енергія електронів зменшується, і цей спад енергії поповнюється за рахунок теплових коливань атомів другого провідника. В результаті відбувається охолодження. Більш повна теорія враховує зміну не потенційної енергії при перенесенні електрона з одного металу до іншого, а зміна повної енергії.

Найбільш сильно ефект Пельтьє спостерігається у разі використання напівпровідників p- та n-типу провідності. Залежно від напрямку електричного струму через контакт напівпровідників різного типу p-n- та n-p-переходів внаслідок взаємодії зарядів, представлених електронами (n) та дірками (p), та їх рекомбінації енергія або поглинається, або виділяється. В результаті даних взаємодій та породжених енергетичних процесів тепло або поглинається, або виділяється. Використання напівпровідників p- та n-типу провідності в термоелектричних холодильниках ілюструє рис. 2.

Мал. 2. Використання напівпровідників p- та n-типу в термоелектричних холодильниках.

Поєднання великої кількості пар напівпровідників p- і n-типу дозволяє створювати охолоджуючі елементи - модулі Пельтьє порівняно великої потужності. Структура напівпровідникового термоелектричного модуля Пельтьє представлена ​​на рис. 3.

Мал. 3. Структура модуля Пельтьє

Модуль Пельтьє являє собою термоелектричний холодильник, що складається з послідовно з'єднаних напівпровідників p-і n-типу, що утворюють p-n-і n-p-переходи. Кожен із таких переходів має тепловий контакт із одним із двох радіаторів. В результаті проходження електричного струму певної полярності утворюється перепад температур між радіаторами модуля Пельтьє: один радіатор працює як холодильник, інший нагрівається радіатор і служить для відведення тепла. На рис. 4 представлений зовнішній вигляд типового модуля Пельтьє.

Мал. 4. Зовнішній вигляд модуля Пельтьє

Типовий модуль забезпечує значний температурний перепад, що становить кілька десятків градусів. При відповідному примусовому охолодженні радіатора, що нагрівається другий радіатор - холодильник, дозволяє досягти негативних значень температур. Для збільшення різниці температур можливе каскадне включення термоелектричних модулів Пельтьє за умови забезпечення адекватного їх охолодження. Це дозволяє порівняно простими засобами отримати значний перепад температур та забезпечити ефективне охолодженняелементів, що захищаються. На рис. 5 наведено приклад каскадного включення типових модулів Пельтьє.

Мал. 5. Приклад каскадного включення модулів Пельтьє

Пристрої охолодження на основі модулів Пельтьє часто називають активними холодильниками Пельтьє або кулерами Пельтьє.

Використання модулів Пельтьє в активних кулерах робить їх значно ефективнішими порівняно з стандартними типамикулерів на основі традиційних радіаторів та вентиляторів. Однак у процесі конструювання та використання кулерів з модулями Пельтьє необхідно враховувати ряд специфічних особливостей, що випливають із конструкції модулів, їх принципу роботи, архітектури сучасних апаратних засобів комп'ютерів та функціональних можливостейсистемного та прикладного програмного забезпечення.

Велике значення має потужність модуля Пельтьє, яка, як правило, залежить від його розміру. Модуль малої потужності не забезпечує необхідний рівеньохолодження, що може призвести до порушення працездатності електронного елемента, що захищається, наприклад, процесора внаслідок його перегріву. Однак застосування модулів занадто великої потужності може викликати зниження температури радіатора охолоджуючого до рівня конденсації вологи з повітря, що небезпечно для електронних ланцюгів. Це пов'язано з тим, що вода, яка безперервно одержується в результаті конденсації, може призвести до коротких замикань в електронних ланцюгах комп'ютера. Тут доречно нагадати, що відстань між струмопровідними провідниками на сучасних друкованих платахнерідко становить частки міліметрів. Тим не менш, незважаючи ні на що, саме потужні модулі Пельтьє у складі високопродуктивних кулерів та відповідні системи додаткового охолодженняі вентиляції дозволили свого часу фірмам KryoTech та AMD у спільних дослідженнях розігнати процесори AMD, створені за традиційною технологією, до частоти, що перевищує 1 ГГц, тобто збільшити їх частоту роботи майже в 2 рази в порівнянні з штатним режимомїхнє функціонування. І необхідно наголосити, що даний рівень продуктивності досягнуто в умовах забезпечення необхідної стабільності та надійності роботи процесорів у форсованих режимах. Ну, а наслідком такого екстремального розгону став рекорд продуктивності серед процесорів архітектури та системи команд 80х86. А фірма KryoTech непогано заробила, пропонуючи на ринку свої установки охолодження. Забезпечені відповідною електронною начинкою, вони виявилися затребуваними як платформи високопродуктивних серверів і робочих станцій. А фірма AMD отримала підтвердження високого рівня своїх виробів та багатий експериментальний матеріал для подальшого вдосконалення архітектури своїх процесорів. До речі, аналогічні дослідження були проведені і з процесорами Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, в результаті яких був отриманий також значний приріст продуктивності.

Необхідно відзначити, що модулі Пельтьє у процесі своєї роботи виділяють порівняно велику кількість тепла. Тому слід застосовувати не тільки потужний вентилятор у складі кулера, але й заходи для зниження температури всередині корпусу комп'ютера для попередження перегріву інших компонентів комп'ютера. Для цього доцільно використовувати додаткові вентилятори у конструктиві корпусу комп'ютера для забезпечення кращого теплообміну з навколишнім середовищем поза корпусом.

На рис. 6 представлений зовнішній вигляд активного кулера, у складі якого використаний напівпровідниковий модуль Пельтьє.

Мал. 6. Зовнішній вигляд кулера з модулем Пельтьє

Слід зазначити, що системи охолодження на основі Пельтьє модулів використовуються не тільки в електронних системах, таких як комп'ютери. Подібні модулі використовуються для охолодження різних високоточних пристроїв. Велике значення модулі Пельтьє мають для науки. Насамперед це стосується експериментальних досліджень, які виконуються у фізиці, хімії, біології.

Інформацію про модулі та холодильники Пельтьє, а також особливості та результати їх застосування можна знайти на сайтах в Internet, наприклад, за такими адресами:

Особливості експлуатації

Модулі Пельтьє, що застосовуються у складі засобів охолодження електронних елементів, відрізняються порівняно високою надійністю, і на відміну від холодильників, створених за традиційною технологією, не мають частин, що рухаються. І, як це зазначалося вище, для збільшення ефективності своєї роботи вони допускають каскадне використання, що дозволяють довести температуру корпусів електронних елементів, що захищаються, до негативних значень навіть при їх значній потужності розсіювання.

Однак крім очевидних переваг, модулі Пельтьє має і низку специфічних властивостей та характеристик, які необхідно враховувати при їх використанні у складі охолоджувальних засобів. Деякі з них вже були відзначені, але для коректного застосування модулів Пельтьє вимагають більш детального розгляду. До найважливіших характеристик належать наступні особливостіексплуатації:

• Модулі Пельтьє, що виділяють у процесі своєї роботи велику кількість тепла, вимагають наявності у складі кулера відповідних радіаторів та вентиляторів, здатних ефективно відводити надлишкове тепло від модулів, що охолоджують. Слід зазначити, що термоелектричні модулі відрізняються відносно низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД) і, виконуючи функції теплового насоса, вони є потужними джерелами тепла. Використання даних модулів у складі засобів охолодження електронних комплектуючих комп'ютера викликає значне зростання температури всередині системного блоку, що нерідко потребує додаткових заходів та засобів для зниження температури всередині корпусу комп'ютера. В іншому випадку підвищена температура всередині корпусу створює труднощі для роботи не тільки для елементів, що захищаються, і їх систем охолодження, але й іншим компонентам комп'ютера. Необхідно також наголосити, що модулі Пельтьє є порівняно потужним додатковим навантаженням для блоку живлення. З урахуванням значення струму споживання модулів Пельтьє величина потужності блока живлення комп'ютера повинна бути не менше ніж 250 Вт. Все це призводить до доцільності вибору материнських плат та корпусів конструктиву ATX із блоками живлення достатньої потужності. Використання цього конструктиву полегшує для комплектуючих комп'ютера організацію оптимальних теплового та електричного режимів. Слід зазначити, що існують холодильники Пельтьє із власним блоком живлення.
• Модуль Пельтьє, у разі виходу його з ладу, ізолює елемент, що охолоджується, від радіатора кулера. Це призводить до дуже швидкого порушення теплового режиму елемента, що захищається, і швидкого виходу його з ладу від наступного перегріву.
• Низькі температури, що виникають у процесі роботи холодильників Пельтьє надмірної потужності, сприяють конденсації вологи з повітря. Це становить небезпеку для електронних компонентів, оскільки конденсат може спричинити короткі замикання між елементами. Для унеможливлення цієї небезпеки доцільно використовувати холодильники Пельтьє оптимальної потужності. Виникне конденсація чи ні, залежить від кількох параметрів. Найважливішими є: температура навколишнього середовища (в даному випадку температура повітря всередині корпусу), температура об'єкта, що охолоджується, і вологість повітря. Чим тепліше повітря всередині корпусу і чим більша вологість, тим швидше відбудеться конденсація вологи і наступний вихід з ладу електронних елементів комп'ютера. Нижче представлена ​​таблиця, що ілюструє залежність температуру конденсації вологи на об'єкті, що охолоджується, залежно від вологості і температури навколишнього повітря. Використовуючи цю таблицю, можна легко встановити, чи існує небезпека конденсації вологи чи ні. Наприклад, якщо зовнішня температура 25°C, а вологість 65%, то конденсація вологи на об'єкті, що охолоджується, відбувається при температурі його поверхні нижче 18°C.

Температура конденсації вологи

Вологість, %
Температура навколишнього середовища, °C	30	35	40	45	50	55	60	65	70
30	11	13	15	17	18	20	21	23	24
29	10	12	14	16	18	19	20	22	23
28	9	11	13	15	17	18	20	21	22
27	8	10	12	14	16	17	19	20	21
26	7	9	11	13	15	16	18	19	20
25	6	9	11	12	14	15	17	18	19
24	5	8	10	11	13	14	16	17	18
23	5	7	9	10	12	14	15	16	17
22	4	6	8	10	11	13	14	15	16
21	3	5	7	9	10	12	13	14	15
20	2	4	6	8	9	11	12	13	14

Крім зазначених особливостей, необхідно враховувати і низку специфічних обставин, пов'язаних з використанням термоелектричних модулів Пельтьє у складі кулерів, які застосовуються для охолодження високопродуктивних центральних процесорів потужних комп'ютерів.

Архітектура сучасних процесорів та деякі системні програмипередбачають зміну енергоспоживання залежно від завантаження процесорів. Це дозволяє оптимізувати їхнє енергоспоживання. До речі, це передбачено і стандартами енергозбереження, які підтримуються деякими функціями, вбудованими в апаратно-програмне забезпечення сучасних комп'ютерів. У звичайних умовах оптимізація роботи процесора та його енергоспоживання благотворно позначається як на тепловому режимі самого процесора, так і на загальному тепловому балансі. Однак слід зазначити, що режими з періодичною зміною енергоспоживання можуть погано поєднуватися із засобами охолодження процесорів, які використовують модулі Пельтьє. Це пов'язано з тим, що холодильники Пельтьє, як правило, розраховані на безперервну роботу. У зв'язку з цим, найпростіші холодильники Пельтьє, які не володіють засобами контролю, не рекомендується використовувати разом з охолодними програмами, такими як, наприклад, CpuIdle, а також з операційними системами Windows NT/2000 чи Linux.

У разі переходу процесора в режим зниженого енергоспоживання і тепловиділення можливе значне зниження температури корпусу і кристала процесора. Переохолодження ядра процесора може викликати в деяких випадках тимчасове припинення його працездатності, і, як результат, стійке зависання комп'ютера. Відповідно до документації фірми Intel мінімальна температура, при якій гарантується коректна робота серійних процесорів Pentium II і Pentium III, зазвичай становить +5 ° C, хоча, як показує практика, вони чудово працюють і при нижчих температурах.

Деякі проблеми можуть виникнути і внаслідок роботи ряду вбудованих функцій, наприклад, тих, що здійснюють керування вентиляторами кулерів. Зокрема, режими керування енергоспоживанням процесора в деяких комп'ютерних системах передбачають зміну швидкості обертання вентиляторів, що охолоджують, через вбудовані апаратні засоби. материнської плати. За звичайних умов це значно покращує тепловий режим процесора комп'ютера. Однак у разі використання найпростіших холодильників Пельтьє зменшення швидкості обертання може призвести до погіршення теплового режиму з фатальним результатом для процесора вже внаслідок його перегріву працюючим модулем Пельтьє, який, крім виконання функцій теплового насоса, є потужним джерелом додаткового тепла.

Як і у випадку центральних процесорів комп'ютерів, холодильники Пельтьє можуть бути гарною альтернативою традиційним засобам охолодження відеочіпсетів, що використовуються в складі сучасних високопродуктивних відеоадаптерів. Робота таких відеочіпсетів супроводжується значним тепловиділенням і зазвичай не схильна до різких змін режимів їх функціонування.

Для того, щоб виключити проблеми з режимами змінного енергоспоживання, що викликають конденсацію вологи з повітря і можливе переохолодження, а в деяких випадках навіть перегрів елементів, таких як процесори комп'ютерів, захищаються, слід відмовитися від використання подібних режимів і ряду вбудованих функцій. Однак як альтернативу можна використовувати системи охолодження, які передбачають інтелектуальні засоби керування холодильниками Пельтьє. Такі засоби можуть контролювати не тільки роботу вентиляторів, а й змінювати режими роботи самих термоелектричних модулів, що використовуються у складі активних кулерів.

З'явилися повідомлення про експерименти з вбудовування мініатюрних модулів Пельтьє безпосередньо до мікросхем процесорів для охолодження їх найбільш критичних структур. Таке рішення сприяє кращому охолодженню за рахунок зниження теплового опору та дозволяє значно підвищити робочу частоту та продуктивність процесорів.

Роботи у напрямку вдосконалення систем забезпечення оптимальних температурних режимів електронних елементів проводяться багатьма дослідницькими лабораторіями. І системи охолодження, які передбачають використання термоелектричних модулів Пельтьє, вважаються надзвичайно перспективними.

Приклади холодильників Пельтьє

Порівняно нещодавно на комп'ютерному ринку з'явилися модулі Пельтьє вітчизняного виробництва. Це прості, надійні та порівняно дешеві ($7-$15) пристрої. Як правило, вентилятор, що охолоджує, не входить до складу. Проте, подібні модулі дозволяють як познайомитися з перспективними засобами охолодження, а й використовувати їх за прямим призначенням у системах захисту комп'ютерних компонентів. Ось короткі параметри одного із зразків.

Розмір модуля (Рис.7) - 40×40 мм, максимальний струм– 6 А, максимальна напруга – 15 В, споживана потужність – до 85 Вт, перепад температур – понад 60 °C. При забезпеченні потужного вентилятора модуль здатний захистити процесор при розсіюваній ним потужності до 40 Вт.

Мал. 7. Зовнішній вигляд холодильника PAP2X3B

На ринку представлені як менш, так і потужніші варіанти вітчизняних модулів Пельтьє.

Спектр закордонних пристроїв значно ширший. Нижче наведено приклади холодильників, у конструкції яких використані термоелектричні модулі Пельтьє.

Активні холодильники Пельтьє фірми Computernerd

Назва	Виробник/постачальник	Параметри вентилятора	Процесор
PAX56B	Computernerd	ball-bearing	Pentium/MMX до 200 МГц, 25 Вт
PA6EXB	Computernerd	dual ball-bearing, тахометр	Pentium MMX до 40 Вт
DT-P54A	DesTech Solutions	dual ball bearing	Pentium
AC-P2	AOC Cooler	ball bearing	Pentium II
PAP2X3B	Computernerd	3 ball bearing	Pentium II
STEP-UP-53X2	Step Thermodynamics	2 ball bearing	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	Computernerd	3 ball-bearing, тахометр	Pentium II, Celeron

Холодильник PAX56B розроблений для охолодження процесорів Pentium та Pentium-MMX фірм Intel, Cyrix та AMD, що працюють на частотах до 200 МГц. Термоелектричний модуль розміром 30×30 мм дозволяє холодильнику підтримувати температуру процесора нижче 63 °C при розсіюваній ним потужності 25 Вт і зовнішній температурі, що дорівнює 25 °C. У зв'язку з тим, що більшість процесорів розсіюють меншу потужність, цей холодильник дозволяє підтримувати температуру процесора набагато нижче, ніж багато альтернативних кулеров на основі радіаторів та вентиляторів. Живлення модуля Пельтьє, що входить до складу холодильника PAX56B, здійснюється від джерела 5, здатного забезпечити струм 1,5 А (максимум). Вентилятор даного холодильника вимагає напруга 12 В та струм 0,1 А (максимум). Параметри вентилятора холодильника PAX56B: ball-bearing, 47,5 мм, 65000 годин, 26 дБ. Загальний розмірданого холодильника становить 25×25×28,7 мм. Орієнтовна цінахолодильника PAX56B дорівнює $35. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу фірми на середину 2000 року.

Холодильник PA6EXB розроблений для охолодження потужніших процесорів Pentium-MMX, що розсіюють потужність до 40 Вт. Цей холодильник підходить для всіх процесорів фірм Intel, Cyrix і AMD, які підключаються через Socket 5 або Socket 7. З підключенням через стандартний роз'єм живлення комп'ютера. Загальний розмір холодильника PA6EXB становить 60 60 52,5 мм. При установці даного холодильника для хорошого теплообміну радіатора з навколишнім середовищем необхідно забезпечити відкритий простір навколо холодильника щонайменше 10 мм зверху та 2,5 мм з боків. Холодильник PA6EXB забезпечує температуру процесора 62,7 °C при розсіюваній ним потужності 40 Вт і зовнішній температурі 45 °C. Враховуючи принцип роботи термоелектричного модуля, що входить до складу даного холодильника, щоб уникнути конденсації вологи та короткого замикання необхідно уникати використання програм, які переводять процесор у режим сну на тривалий час. Орієнтовна ціна такого холодильника складає $65. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу фірми на середину 2000 року.

Холодильник DT-P54A (також відомий під назвою PA5B фірми Computernerd) розроблений для процесорів Pentium. Однак деякі фірми, що пропонують ці холодильники на ринку, рекомендують його і користувачам Cyrix/IBM 6x86 та AMD K6. Радіатор, що входить до складу холодильника, досить малий. Його розміри 29 29 мм. У холодильник вбудований термодатчик, який за потреби сповістить про перегрівання. Він також контролює елемент Пельтьє. У комплект входить зовнішній контрольний пристрій. Воно виконує функції контролю за напругою і роботою елемента Пельтьє, роботою вентилятора, а також температурою процесора. Пристрій видасть сигнал тривоги, якщо елемент Пельтьє або вентилятор вийшли з ладу, якщо вентилятор обертається зі швидкістю меншою, ніж на 70% від необхідного значення (4500 RPM) або температура процесора піднялася вище 145°F (63°C). Якщо температура процесора піднялася вище 100°F (38°C), то елемент Пельтьє автоматично вмикається, інакше він перебуває у режимі вимкнення. Остання функція усуває проблеми, пов'язані з конденсацією вологи. На жаль, сам елемент приклеєний до радіатора настільки сильно, що його неможливо відокремити, не зруйнувавши його конструкцію. Це позбавляє можливості встановити його на інший, потужніший радіатор. Що стосується вентилятора, то його конструкція характеризується високим рівнем надійності і він має високі параметри: напруга живлення - 12 В, швидкість обертання - 4500 RPM, швидкість подачі повітря - 6.0 CFM, споживана потужність - 1 Вт, шумові характеристики - 30 дБ. Цей холодильник досить продуктивний та корисний при розгоні. Однак у деяких випадках розгону процесора слід скористатися просто великим радіатором та гарним кулером. Ціна цього холодильника складає від $39 до $49. Вказана ціна наведена відповідно до прайс-листу кількох фірм на середину 2000 року.

Холодильник AC-P2 розроблено для процесорів типу Pentium II. У комплект входить 60 мм кулер, радіатор та елемент Пельтьє розміром 40 мм. Погано підходить до процесорів Pentium II 400 МГц і вище, оскільки практично не охолоджуються чіпи пам'яті SRAM. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $59.

Холодильник PAP2X3B (рис. 8) аналогічний до AOC AC-P2. До нього додано два 60 мм кулери. Проблеми з охолодженням пам'яті SRAM залишилися невирішеними. Варто зазначити, що холодильник не рекомендується використовувати разом з охолодними програмами, такими як, наприклад, CpuIdle, а також під операційними системами Windows NT чи Linux, оскільки можлива конденсація вологи на процесорі. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $79.

Мал. 8. Зовнішній вигляд холодильника PAP2X3B

Холодильник STEP-UP-53X2 оснащений двома вентиляторами, що прокачують велику кількість повітря через радіатор. Орієнтовна ціна на середину 2000 року – $79 (Pentium II), $69 (Celeron).

Холодильники серії Bcool від Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) розроблені для процесорів Pentium II та Celeron і мають схожі характеристики, які представлені у таблиці.

Холодильники серії BCool

Item		PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier							PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Рекомендовані процесори		Pentium II і Celeron
Кількість вентиляторів		3
Тип центрального вентилятора		Ball-Bearing, тахометр (12 В, 120 мА)
Розмір центрального вентилятора		60x60x10 мм
Тип зовнішнього вентилятора		Ball-Bearing	Ball-Bearing, тахометр							Ball-Bearing, термістр
Розмір зовнішнього вентилятора		60x60x10 мм	60x60x25 мм
Напруга, струм		12, 90 мА	12 В, 130 мА							12, 80-225 мА
Загальна площа охоплення вентиляторами		84.9 см 2
Загальний струм для вентиляторів (потужність)		300 мА (3.6 Вт)	380 мА (4.56 Вт)							280-570 мА (3.36-6.84 Вт)
Кількість штирків на радіаторі (центр)		63 довгих та 72 коротких
Кількість штирків на радіаторі (з кожного краю)		45 довгих та 18 коротких
Загальна кількість штирьків на радіаторі		153 довгих та 108 коротких
Розміри радіатора (центр)		57x59x27 мм (включаючи термоелектричний модуль)
Розміри радіатора (з кожного краю)		41x59x32 мм
Загальні розміри радіатора		145x59x38 мм (включаючи термоелектричний модуль)
Загальні розміри холодильника		145x60x50 мм	145x60x65 мм
Вага холодильника		357 грам	416 грам							422 грам
Гарантія		5 років
Орієнтовна ціна (2000 р.)		$74.95	$79.95							$84.95

Слід зазначити, що група холодильників BCool включає також пристрої, які мають схожі характеристики, але в яких відсутні елементи Пельтьє. Такі холодильники, природно, дешевші, але й менш ефективні як засоби охолодження комп'ютерних комплектуючих.

Під час підготовки статті були використані матеріали книги "PC: налаштування, оптимізація та розгін". 2-ге вид., перераб. і доп., - СПб.: BHV - Петербург. 2000. - 336 с.

Елемент Пельтьє – це спеціальний термоелектричний перетворювач, який працює за однойменним принципом Пельтьє – виникнення різниці температур під час подачі електричного струму. У англійськоюнайчастіше згадується як ТЕС, що у перекладі означає термоелектричний охолоджувач.

Як працює елемент Пельтьє

Робота елемента Пельтьє базується на контакті двох струмопровідних матеріалів, які мають різний рівень енергії електронів у зоні провідності. При подачі електричного струму через такий зв'язок, електрон набуває високої енергіїщоб потім перейти в більш високоенергетичну зону провідності іншого напівпровідника. У момент поглинання цієї енергії здійснюється охолодження місця охолодження провідників. Якщо ж струм протікає в зворотному напрямку– це призводить до нагрівання місця контакту і до звичайного теплового ефекту.

Якщо з одного боку зробити хороше відведення тепла, наприклад, при використанні радіаторних систем, то холодна сторона зможе забезпечити дуже низьку температуру, яка на десятки градусів буде нижчою за температуру навколишнього світу. Розмір струму пропорційна ступеня охолодження. Якщо ж змінити полярність електричного струму, то сторони (тепла та холодна) просто поміняються місцями.

У контакті з металевою поверхнею елемент Пельтьє стає настільки малим, що його практично неможливо помітити на тлі омічного нагріву та інших ефектів теплопровідності. Саме тому на практиці застосовується два напівпровідники.

Кількість термопар може бути найрізноманітнішим – від 1 до 100, За рахунок чого можна зробити елемент Пельтьє практично з будь-якими показниками холодильних потужностей.

Практичне застосування

В наш час елементи Пельтьє активно застосовуються для:

1. холодильників;
2. кондиціонерів;
3. автомобільних охолоджувачів;
4. кулерів для води
5. відеокарт ПК;

Елемент Пельтьє отримав широке застосування у різних холодильних системах, зокрема серед холодильників і кондиціонерів. Можливість досягати дуже низьких температур робить його чудовим рішенням для охолодження електричних приладів або технічного обладнання, що піддається нагріванню. Сьогодні розробники застосовують елементи Пельтьє в акустичних та звукових системах, де вони виконують роль звичайного кулера. Відсутність інтенсивних звуків робить процес охолодження практично безшумним, що прекрасною перевагою елемента.

У наш час подібна технологія користується великою популярністю. потужної тепловіддачі. До того ж, сучасні елементи Пельтьє відрізняються компактними габаритами, а їх радіатори здатні зберігати потрібну температуру протягом тривалого часу. Ще однією перевагою елементів Пельтьє є їхня довговічність, т.к. вони складаються із цілісних нерухомих елементів, що зменшує ймовірність поломок. Конструкція найпоширенішого типу виглядає дуже просто і включає два мідні провідники з контактами і сполучними проводами, також ізолюючий елемент, який виготовляється з нержавіючої сталі або керамічних матеріалів.

З огляду на простоту конструкції зробити елемент Пельтьє своїми руками в домашніх умовах зовсім нескладно. Його можна буде використати для холодильників чи інших приладів. Перед початком робіт вам потрібно підготувати дві металеві пластини та проведення з контактами. Спочатку підготуйте провідники, які необхідно встановити біля основи елемента. Як правило, застосовуються провідники з маркуванням "РР".

Також варто заздалегідь подбати про напівпровідники на виході. Вони будуть застосовуватись для віддачі тепла на верхню пластину. У процесі встановлення задіяйте паяльник. На кінцевому етапі потрібно приєднати два дроти. Перший встановлюється біля основи та міцно закріплюється біля крайнього провідника. Важливо врахувати, щоб будь-які зіткнення з пластиною були усунені.

Другий провідник прикріплюється до верхньої частини. Фіксується він так само, як і перший – до крайнього провідника. Щоб перевірити функціональність пристрою, варто застосувати тестер. Просто з'єднайте два дроти до приладу та перевірте вольтаж. Відхилення напруги буде становити десь 23 В.

Як зробити елементи Пельтьє для холодильника?

Елементи Пельтьє своїми руками для холодильника виготовляються також легко і швидко. Перше, що потрібно врахувати перед роботами, – це матеріал пластини. Це має бути міцна кераміка. Щодо провідників, то їх потрібно підготувати не менше 20 штук, що дозволить досягти максимального перепаду температур. За правильного розрахунку коефіцієнт корисної дії може бути збільшений на 70%.

Багато залежить від потужності використовуваного обладнання. Якщо холодильник працює на основі рідкого фреону, то проблем із потужністю ніколи не буде. Елемент Пельтьє, який був виготовлений своїми руками, встановлюється безпосередньо біля випарника, який встановлений разом з мотором. Для подібного монтажу вам знадобиться запастися стандартним набором інструментів і прокладками. Вони будуть використані для елемента моделі від пускового реле. За допомогою такого рішення охолодження в нижній частині пристрою станеться набагато швидше.

Варто пам'ятати, що перед тим як зробити елемент Пельтьє для холодильника своїми руками, вам потрібно запастись достатньою кількістю електричних провідників. Для того, щоб досягти різниці в температурах при розробці елемента своїми руками, використовуйте не менше 16 дротів. Обов'язково забезпечте їм якісну ізоляцію і лише підключайте до компресора. Переконавшись у надійності та безпеці зв'язку між проводами можна переходити до їхнього з'єднання. Після встановлення ще раз перевірте силу граничної напруги за допомогою тестера. Якщо робота елемента була порушена, це насамперед позначиться на терморегуляторі. Іноді трапляється його коротке замикання.

Крім холодильників, елементи Пельтьє активно використовуються і в автомобільних охолоджувачах. Зробити якісний автомобільний холодильник своїми руками також досить просто. Для цього необхідно знайти хорошу керамічну пластину з товщиною не менше ніж 1.1 міліметра. Провід має бути немодульним. Як провідники найкраще використовувати мідні дроти з пропускною здатністю не менше 4 Ампера.

У зв'язку з цим максимальне відхилення температур сягатиме десяти градусів, що вважається нормою. Часто використовуються провідники з маркуванням «ПР20», які зуміли відзначитися максимальною надійністю та стабільністю роботи. До того ж, вони підходять для різних типів контактів. При з'єднанні пристрою з конденсатором варто застосувати паяльник.

Як зробити елемент Пельтьє для кулера питної води?

Кулер питної води- це дуже важливе і необхідний пристрій, який вчасно охолоджує або нагріває питну воду. Щоб прискорити процес охолодження, можна застосувати елемент Пельтьє. Зробити його можна так само просто, як і для холодильника або автомобільного охолоджувача:

• Як пластина варто використовувати виключно керамічну поверхню.
• У пристрої застосовується щонайменше 12 провідників, які зможуть витримувати високий опір.
• Для підключення потрібно використовувати два дроти (бажано мідні). Елемент встановлюється у нижній частині кулера. До того ж він може торкатися кришки пристрою. Але щоб запобігти можливим коротким замиканням фіксуйте всю проводку на решітці або корпусі.

Елемент Пельтьє для кондиціонерів своїми руками

Якщо йдеться про елемент Пельтьє для кондиціонерів, він може бути виготовлений тільки з провідника «ПР12». Справа в тому, що цей тип провідників добре витримує аномальні температури і здатний видавати до 23В напруги. Опір у своїй має коливатися не більше 3 Ом. Максимальні перепади температур сягатимуть 10 градусів та ККД – 65 відсотків. Провідники потрібні укладати в один ряд.

Варто зазначити, що елемент Пельтьє може бути охолоджувачем для відеокарти персонального комп'ютера. Для виготовлення охолоджувача потрібно взяти 14 провідників, бажано з міді. Щоб підключити елемент Пельтьє до відеокарти ПК, потрібно задіяти немодульний провідник. Сам пристрій монтується поруч із вбудованим кулером на відеокарті. Для закріплення можна використовувати невеликі металеві куточки, а для фіксації звичайні гайки.

Якщо під час роботи помічаються якісь інтенсивні шуми та інші неприродні звуки, варто перевірити працездатність проводки та оглянути кожен провідник.

Стандартні термоелектричні модулі мають взаємозворотний принцип дії. У цій статті ми розповімо про застосування модулів Пельтьє-Зеєбека в теплообмінних пристроях і наведемо приклад складання кулера для води та базової системи охолодження для повітря з можливістю зворотного запуску (нагріву).

Принцип дії термоелектричних модулів (ТЕМ), що використовуються для охолодження, ґрунтується на ефекті Зеєбека – зворотному процесі щодо ефекту Пельтьє. Основний елемент - той самий ТЕМ, описаний у першій частині . Під час подачі постійного струму на полі термопар спостерігається різниця температур на площинах керамічної пластини. Це факт, заснований на термодинамічному процесі, який ми не описуватимемо (щоб не втомлювати науковими викладками), але покажемо, як застосувати його в побуті.

Примітка.Для будівництва агрегатів, інструкції до яких наведені нижче, знадобляться базові практичні навички збирання електричних кіл. Наведені моделі вузлів є зразковими і можуть бути замінені на аналогічні (або більш/менш потужні) на розсуд майстра.

Як самостійно виготовити кулер для охолодження води

Догадливий читач уже зрозумів, що «диво-ковшик» з першої частини можна використовувати для охолодження рідини, якщо запустити його «на зворотний бік», підключивши постійний струм.

ТЕМ застосовані у кожному кулері для води. Аналог цього заводського приладу можна побудувати своїми руками, при цьому працювати він буде не гірше. Ми опишемо сам принцип роботи та схему складання. Компонування та варіанти виконання можна підібрати, виходячи з власних потреб. Наприклад, зробити його переносним або стаціонарним, інтегрованим у кухонні меблічи систему підготовки питної води. Останній варіант є оптимальним, оскільки охолодження в системі буде керованим (за фактом подачі харчування).

Для цього нам знадобиться:

1. Прямокутна плоска герметична ємність з нержавіючої сталі з розмірами 100х100х30 (фляга-теплообмінник) з різьбовими виходами на 1/2 дюйма по коротких сторонах. Це єдиний елемент, виготовлення якого краще замовити майстру заводу.
2. Підведення питної води з фітингом на 1/2 дюйма (з ємності або водопроводу).
3. Блок живлення на 10-12 вольт із регулюванням сили струму.
4. Термоелектричні модулі TEC1-12705 (40x40) - 2 шт.
5. Провід перетином 0,2 мм.
6. Термоклей чи термопаста.
7. Ключ на 2 канали (тумблер, кнопка).
8. Кран, паяльник, припій.

За допомогою термоклею фіксуємо ТЕМ на флягу. З'єднуємо дроти за відповідними групами (плюс та мінус). Визначаємо зручне місце розташування ключа з огляду на можливість заміни при ремонті та доступність при використанні. Включаємо його до схеми. Приєднуємо дроти до блоку живлення. Проводимо випробування ланцюга.

Увага! При випробуваннях обмежтеся спостереженням самого факту правильної роботи, але не намагайтеся дати максимального навантаження насухе - це може призвести до виходу з ладу ТЕМ (ремонт не підлягає).

Потім з'єднуємо вхідний фітинг фляги-теплообмінника з каналом подачі води, а вихідний з підведенням (гнучким або жорстким) до крана.

Заповнюємо систему водою та виставляємо оптимальну силу струму при потрібному натиску струменя. Оптимальний натиск — трохи сильніший за самоплив. Для забору холодної питної води цього буде цілком достатньо. Інші нюанси - кріплення, довжина проводів, розташування - суто індивідуальні в кожному окремому випадку.

Цю базову систему можна розвивати та вдосконалювати. Наприклад, встановити термостат у теплообміннику та включити його в ланцюг замість ключа (тумблера) – підійде там, де постійно потрібна вода певної температури. Флягу-теплообмінник можна виконати зі срібла для додаткової іонізації води. Включивши в систему перетворювач постійної напруги ЕК-1674, що підвищує, можна скоротити витрату електроенергії до мінімуму.

Розрахунок витрат на побудову кулера:

У цій системі не задіяний ребристий радіатор, тому що поставлена ​​мета - охолодження (але не заморожування) невеликого об'єму води (300 мл) досягається і без нього.

Як виготовити міні-холодильник, чилер чи кондиціонер на теплоелектричних модулях самотужки

Більш складне завдання – охолодження повітря. Якщо у випадку з водою ефективність роботи кулера гарантована різницею щільності середовищ (вода - повітря), то у випадку з однорідним середовищем (повітря - повітря) справа складніша. Основна складність - відведення температури з гарячого боку поверхні ТЕМ. Точніше - синхронне відведення температури з обох поверхонь. Якщо просто запустити елемент Пельтьє-Зеєбека, нагріте та охолоджене повітря змішаються, і температура вирівняється.

У замкнутих просторах малого обсягу (до 0,7 м 3) цілком застосовна система охолодження на основі ТЕМ із двостороннім повітряним відведенням. Це дозволяє побудувати новий бокс, що охолоджує, або дати друге життя старому холодильнику (морозильній камері). Для цього доведеться трохи ускладнити систему, включивши в неї пару вентиляторів взаємної потужності, реле температури, ребристий радіатор і використовувати більш продуктивні теплоелектричні модулі.

Нам знадобиться (для однієї базової точки охолодження):

1. ТЕМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 Вт - 1 шт.
2. Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC (або потужніший) - 2 шт.
3. Радіатор HS 036-100 (100x85x25 мм).
4. Термостат ТАМ-133-1м (реле температури із датчиком).
5. Блок живлення постійного струму 12 вольт, 6 ампер (з регулюванням).
6. Аркуш дюралюмінію.
7. Провід, термопаста, кріплення

У готовому боксі, у верхній частині зони, що охолоджується, робимо прямокутне вікно розмірами 100х100 мм. Вирізаємо дві пластини дюралюмінію розмірами 130х130 мм та 180х180 мм. Закріплюємо вентилятор по центру меншої пластини таким чином, щоб залишався продух 1 см. Встановлюємо реле температури всередині боксу. Монтуємо меншу із пластин зсередини боксу (вентилятором всередину боксу) на шурупи або клепки через герметик. Наклеюємо ТЕМи на змонтовану пластину та виводимо дроти. Вирізаємо та вигинаємо велику пластину так, щоб вона входила в монтажний отвір, але при цьому залишалися борти для фіксації до стінки боксу зовні. Закріплюємо на неї радіатор та другий вентилятор. Рясно змащуємо термопастою ТЕМи та монтуємо пластину до стінки боксу через герметик.

Увага! Обов'язково має бути максимальний контакт площі ТЕМ та пластини!

Збираємо електричний ланцюг. Рекомендуємо включити вентилятори на постійну максимальну потужність, а силу струму для ТЕМ через регулятор. Це забезпечить ефективний знімання температури та перемішування повітря при роботі в різних режимах(Не на повну потужність).

Переваги даної конструкції:

• безшумна порівняно з компресорними холодильниками робота;
• відсутність механізмів і частин, що рухаються, сили тертя (нічому ламатися);
• не використовуються рідкі теплоносія (фреон);
• загальна споживана потужність близько 200 Вт;
• можна модернізувати конструкцію, варіювати продуктивність;
• доступність та ремонтопридатність окремих агрегатів.

Недоліки:

• можлива поява конденсату на пластинах дюралюмінію;
• зовнішній блокуправління;
• багато факторів і нюансів роботи виявляються досвідченим шляхом при використанні;
• мала область застосування.

Розрахунок витрат на побудову базової охолоджувальної системи холодильника та кондиціонера:

Найменування	Од. змін.	Кількість	Ціна од./руб.	Ст-ть, руб.
ТЕМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 ват	шт.	1	600	600
Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC	шт.	2	150	300
Дюралюміній 3 мм	шт.	1	300	300
Блок живлення постійного струму	шт.	1	300	300
Термостат ТАМ-133-1м	шт.	1	250	250
Радіатор HS 036-100	шт.	1	220	220
Провід, термопаста, кріплення, припій	-	-	300	300
Разом				2270

У принципі, дана конструкція — готовий кондиціонер, що вбудовується, який можна встановити в кабіні автомобіля, трактора, в закритому вольєрі або будці охорони. Слід лише продумати конструктивний захист від атмосферних опадів.

Запас потужності модуля ТЕС1-12712 досить великий. Амплітуда температур на сторонах елемента може досягати 50 градусів. При температурі повітря в приміщенні +27 °С та застосуванні системи рідинного охолодження (радіатор + вентилятор), можна витягти на виході вражаючі мінус 25 °С! Це дозволяє створювати безкомпресорні та тихі морозильні камеринавіть у домашніх умовах.

Де ще застосовують термоелектричні модулі

Ефект Пельтьє-Зеєбека відомий із 1840-х років. Його активно використовують і досі завдяки стійкості законів фізики. Термоелектричного модуля завжди знайдеться місце там, де є надмірна енергія або потрібно швидко і безшумно здійснити теплообмін.

Основне застосування теплоелектричних модулів:

1. Охолодження мікросхем. Вентилятори як основний теплообмінник йдуть у минуле. Їм на зміну йдуть компактні, безшумні та практично вічні ТЕМ.
2. Машинобудування. Навіть найсучасніший ДВЗ виділяє відпрацьовані гази з камери згоряння. Інженери використовують їх високу температурудля отримання додаткової енергії за допомогою Пельтьє елементів. Зібрана енергія подається назад у системи двигуна, але вже як постійного струму, що дозволяє економити паливо.
3. Побутова техніка. Все, що описано вище плюс більшість побутових приладів, що працюють на охолодження або підігрів (крім компресорних холодильників)

І маленький секрет насамкінець. Наш модуль має майже чудову властивість — оборотність. Це означає, що при зміні полярності постійного струму на проводах модуля (за допомогою перемикача) гаряча та холодна поверхня змінюються місцями. Кулер перетворюється на нагрівач, холодильник на теплову камеру (інкубатор), а кондиціонер - на малопотужний тепловентилятор. Для цього не доведеться змінювати схему пристрою. Досить легко змінити полярність.

Цей принцип використаний у пристрої під назвою рекуператор. Він є боксом, що складається з двох ізольованих камер, які повідомляються між собою за допомогою вентиляторів. За допомогою модулів Пельтьє холодне повітря з вулиці підігрівається енергією, вилученою з нагрітого повітря, яке відводиться із приміщення. Пристрій дозволяє заощаджувати на опаленні будинку.

Віталій Долбінов, рмнт.ру