Некоторые обстоятельства подвигнули меня позаниматься с элементами Пельтье. Как рассчитать тепловую мощность? Как подобрать элемент для той или иной задачи? Попытался разобраться в теме и в этой статье опишу, что получилось.
У меня имелись в наличии три вида этих пластин (элементы Пельтье). 1 - старые TEC1-12706, купленные на Алиэкспрессе за "сущие копейки" лет 10-15 тому назад. В статье он будет проходить как "зеленый". 2 - относительно новые TEC1-12706, купленные уже на Озоне. В статье - "синий". 3 - совсем свежие (этого года) элементы TEC2-19006 приобретенные на том же Алиэкспрессе, но подороже, где-то 700 рублей/штука. В статье - "красный".
Решил проверить их на холодопроизводительность - что они умеют?
Собрал установку; к радиатору приладил вентилятор, приделал ножки, чтоб радиатор снизу обдувался, на пасту КПТ-8 сажал элементы Пельтье (далее по тексту - ЭП), пластину термодатчика и теплоноситель, - алюминиевый стаканчик с водой. Ниже фото установки с пояснениями.
На данной установке "прогнал" все три экземпляра ЭП. Сначала на холостом ходу, подав 12В (красный - плюс, черный - минус, сторона с надписью - холодная).
Результаты несколько озадачили. Судя по последним цифрам 06 в обозначении начальный ток подразумевается 6А. Однако у "синего" ЭП начальный ток оказался 4,5А, а в режиме и того - 3,2А (маркировка 12706!). Ниже температурный график сторон ЭП на холостом ходу.
Из графика следует, что через некоторое время (~5 мин) наступает равновесный режим, когда температуры сторон не изменяются во времени. Можно сразу увидеть разность температур сторон: у "зеленого" и "синего" - 45°С, у "красного" почти 64°С, это наверное потому что ТЕС2-19006 состоит из двух пластин ЭП.
Рассчитаем холодопроизводительность. Воспользуемся графиками производителя ЭП. Здесь ссылка и здесь, к примеру...
Теперь по 12 вольтам проводим линию до пересечения с имеющимся в цепи током. Для "зеленого" ЭП он равен 4,5А. Разница температур сторон - 45°С. По ней и току получаем производительность холода Qс.
Для "зеленого" ЭП имеем около 15 Вт (при условии, что горячая сторона ~27°C).
Для "зеленого" ЭП с током 3,2 А (начальный ток ~4,5А) графиков и описания не нашлось. Тоже самое можно сказать и про "красный" TEC2-19006.
Что же получилось на практике? Взял алюминиевый стаканчик весом 55 грамм, залил туда 100 грамм воды при комнатной температуре, потом охлаждал воду на ЭП (на термопасте), засекал время и получившуюся разность температур.
Подсчет тепловой мощности осуществлялся по формуле :
Qс = (Cв * mв + Са * mа) * (T2-T1)/Тизм, где
С – удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг*°С), mв – масса воды, T1 – конечная температура воды, T2 – начальная температура воды, Тизм - время измерения в секундах. Удельная теплоемкость алюминия Са- 920 Дж/(кг*°С).
По результатам измерений ЭП холодопроизводительность составила: "зеленый" - 7 Вт, "синий" - 7,5 Вт, "красный" - 11,9 Вт. Негусто... По графику для "зеленого" ЭП ожидалось 15 Вт, на деле имеем всего 7. Причин несколько и все они, похоже, в тепловой развязке сторон ЭП, а также в надежном тепловом контакте между охладителем и приемником.
КПД исследованных ЭП :
"Зеленый" (старый 12706) - 12%;
"Синий" (новый 12706) - 20%;
"Красный" (новый 19006) - 23,5%.
Выводы.
Одинаковые по типу ЭП разных производителей могут иметь разные характеристики. Сдвоенный ЭП показал наилучшие результаты по производительности холода и КПД (можно холодильничек "замутить"). Тепловая развязка сторон и надежный тепловой контакт имеют важное значение для достижения необходимой мощности охлаждения!
Всем здоровья, удачи!
С наступающим Новым годом!
73!