XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка и изготовление термоэлектрической климатической установки на автомобиль «Лада 4x4 2121 Нива»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Сложно представить человека, который бы не знал автомобиль с названием «Нива». С момента выпуска первой модификации ВАЗ-2121 прошло уже более 40 лет, но знаменитый внедорожник не собирается отправляться на пенсию. Многие автолюбители не согласны называть народную любимицу ее новым именем Лада 4х4. Поэтому далее машину будем называть старым названием «Нива». В больших городах автомобиль уже не так популярен и уступает по экономичности, и управляемости современным автомобилям, зато в небольших городах, сёлах, таёжных посёлках, где самый главный вопрос доехать из пункта «А» в пункт «Б» по бездорожью, без него обойтись очень сложно при решении многих бытовых и производственных вопросов. Небольшие размеры и простота конструкции позволяют без труда отремонтировать машину. Универсальность машины позволяет ее эксплуатировать в любых погодных и географических условиях, а главное, «Нива» обладает огромными возможностями для тюнинга и конструирования, где можно реализовать свой творческий потенциал. Среди недостатков «Нивы» можно упомянуть недостаточную комфортабельность. В жаркий летний день приятно ехать в автомобиле с работающим кондиционером. К сожалению, эта опция предусмотрена далеко не во всех автомобилях, в том числе и у «Нивы».
Большинство бюджетных автомобилей импортного производства для удешевления комплектуются относительно слабыми двигателями и включение компрессора кондиционера отбирает значительный процент мощности двигателя, что сильно сказывается на динамике разгона при совершении манёвров. Если говорить об отечественных автомобилях, то конечно в современных моделях, наличие климатической установки в их конструкции является штатным оборудованием. Но огромный парк, более ранних моделей, в том числе и «Нив» эксплуатируется без этого устройства. В связи с выше сказанным, возникает проблема повышения комфортности старых моделей автомобилей и дооснащения автомобиля генератором холода, который позволит обеспечить приемлемые условия комфорта в летних поездках. В связи с этим возникает гипотеза о наиболее простом варианте решения этой проблемы, использовании термоэлектрических модулей – элементов Пельтье. При подаче напряжения на модуль одна из пластин значительно охлаждается, что позволяет использовать эти элементы в качестве устройств охлаждения. Каким образом можно сконструировать установку охлаждения салона автомобиля, в частности «Нивы», с помощью генератора холода, какие реальные эксплуатационные характеристики подобной установки? Ответы на эти вопросы и являются целью данной работы.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является, разработка экспериментального генератора холода с возможным использованием его в качестве климатической установки в автомобиле. Цель работы предполагала решение следующих задач:
- изучение возможных литературных и интернет – источников по устройству и принципу действия термоэлектрических генераторов;
- на основе изученных источников разработать собственный вариант генератора холода с возможностью установки его в конструкцию автомобиля;
- исследование режимов работы генератора холода и определение эффективности устройства;
- практическая реализация устройства и внедрение его в конструкцию воздуховодов автомобиля «Нива»;
- определение эффективности устройства в составе климатической установки автомобиля в различные периоды эксплуатации.
Термоэлектрический преобразователь – элемент Пельтье [1 - 3]
Первоначальным этапом изучения термоэлектрических явлений, как области знаний, можно считать статью немецкого ученого Томаса Иоганна Зеебека (Приложение лист I, рис.1) «К вопросу о магнитной поляризации некоторых материалов и руд, возникающих в условиях разности температур», опубликованную в докладах Прусской академии наук в 1822 г. В 1834 г. во французском журнале «Annales de physiqueet de chеmie» была опубликована статья швейцарского (в то время) часовщика и большого любителя-экспериментатора Шарля Анри Пельтье (Приложение лист I, рис.2) о температурных эффектах вблизи спаев цепи из различных проводников при пропускании через них постоянного электрического тока. Эффектом Зеебека называют - термоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении термо-ЭДС (электродвижущей силы) при нагреве контакта двух разнородных металлов или полупроводников. Напряжение термо-ЭДС (E тэдс) прямо пропорционально коэффициенту Зеебека (Е) и разнице температур (ΔT) между горячей (Th) и холодной (Tc) сторонами контакта проводников термоэлектрического модуля:
Eтэдс = E x ΔT.
Для того, чтобы создать разность температур на сторонах ТЭМ (термоэлектрический модуль), к его горячей стороне необходимо подвести тепловой поток (Qh), а с холодной стороны отвести тепловой поток (Qc). Их разница по закону сохранения энергии составит электрическую мощность (P) (Приложение лист I, рис. 3):
P = Qh – Qc
Эффектом Пельтье называют - термоэлектрическое явление, заключающееся в том, что при пропускании электрического тока через контакт двух различных проводников или полупроводников, на контакте, помимо джоулева тепла, происходит выделение дополнительного тепла Пельтье (при одном направлении тока) и его поглощение (при обратном направлении). Причиной возникновения явления Пельтье является контактная разность потенциалов, которая создает внутреннее контактное поле. Если через контакт металлов или полупроводников идет ток, то это поле будет способствовать прохождению тока или препятствовать ему. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник тока должен затратить определённую энергию, которая выделяется в контакте (нагрев контакта). Если ток идет по направлению контактного поля, то он будет поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у металлов или полупроводников в месте контакта, что приводит к охлаждению места их соединения. Эффект Пельтье поверхностно - контактный, следовательно большая площадь контакта позволяет получить большую охлаждающую мощность. Материалами, в которых можно наблюдать термоэлектрические эффекты являются металлы и полупроводники. В них присутствует кристаллическая ионная решетка. В проводниках она состоит из положительных ионов и свободных электронов, образующих электронный газ. В полупроводниках атомы решетки теряют или приобретают электроны, при этом первые образуют полупроводники p-типа, а вторые n-типа соответственно. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь (Приложение лист II, рис.4 - 5). Наиболее сильно эффект Пельтье проявляется на контактах полупроводников с различным типом проводимости (p- или n-). Объяснение эффекта Пельтье заключается во взаимодействии электронов проводимости, замедлившихся или ускорившихся в контактном потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями атомов в массиве полупроводника. В результате, в зависимости от направления движения электронов и соответственно, тока, происходит нагрев или охлаждение участка полупроводника, непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p переходу) (Приложение лист III, рис. 6). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота, поглощаемая на контакте типа n-p, выделяется на контакте типа p-n. Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин. Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах - от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. Характеристики некоторых термоэлектрических модулей приведены в приложении (Лист III - IV, рис. 7, таблица 1). Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая и она изображается снизу.
Термоэлектрическое охлаждение [4 - 5]
Основными характеристиками термоэлектрических модулей (термоэлектрических охладителей) являются:
- охлаждающая способность — глубина охлаждения;
- холодильная мощность;
- динамические характеристики;
- габаритные размеры.
С пособность охлаждать (максимальный перепад температур ΔTmax.) зависит от термоэлектрической добротности (Z) ТЭМ:
где T — температура окружающей среды. В свою очередь, добротность ТЭМ определяется свойствами термоэлектрического материала в нем:
Z = (a2s)/k,
где a - коэффициент Зеебека; s - электропроводность; k — теплопроводность. График зависимости охлаждающей способности от термоэлектрической добротности в объёмном модуле (среднее значение по основным типам ТЭМ) (при Т = 300 К) представлен в приложении (Лист IV, рис. 8). Холодильная мощность напрямую связана с максимальным электрическим током. Максимальные значения тока возможны при уменьшении высоты термоэлементов модуля. Но для объемных термоэлементов предельная высота 150–200 мкм. Этим параметром ограничивается пропускаемый ток и соответственно, холодильная мощность. Наиболее мощные объемные ТЭМ, производимые по специальной технологии, показывают (Qmax) на уровне 30–40 Вт/см2. Средние показатели зависимости ΔT от Q (среднее значение по основным типам ТЭМ) при +85 °C и максимальном рабочем токе приведены на графике в приложении (Лист IV, рис. 9). Под динамическими характеристиками поднимается скорость, с которой ТЭМ способен охлаждать какой-либо объект. У ТЭМ, как электронного прибора, такой характеристикой является собственная постоянная время. Это длительность экспоненциального переходного процесса в результате ступенчатого воздействия напряжением постоянного тока на ТЭМ, в течение которого разность температур достигнет 63,2% от стационарного значения при установившемся стационарном токе. Постоянная времени зависит от теплопроводности ТЭМ в направлении теплового потока и теплоемкости его элементов — материала термоэлементов, материала верхней и нижней сторон. Габаритные размеры являются, чисто конструкционным параметром. От них зависит конструкционная особенность отводящих систем (отвод тепла и холода) и параметры встраиваемости конструкции охладителя.
Принцип работы автомобильного кондиционера. Возможность дооснащения автомобиля кондиционером [6]
Автомобильный кондиционер работает по тому же принципу, что и обычный бытовой холодильник, хотя и устроен немного по-другому. Автомобильный кондиционер представляет собой герметичную систему, заполненную фреоном и специальным холодильным маслом, растворимым в жидком фреоне и не боящимся низких температур. Масло нужно для смазки компрессора и всей системы. Несмотря на некоторые отличия между кондиционерами на автомобилях разных производителей, принципиальная их схема одинакова. При нажатии на кнопку включения кондиционера, срабатывает электромагнитная муфта, и стальной прижимной диск прижимается к шкиву. Шкив приводится в движение ремнем и, когда кондиционер выключен, крутится вхолостую. В результате фрикционного взаимодействия муфты и шкива начинает работать компрессор. Компрессор сжимает газообразный фреон, отчего тот сильно нагревается, и гонит его по трубопроводу в конденсор (радиатор кондиционера). В конденсоре сильно нагретый и сжатый фреон охлаждается. Охладиться ему помогает вентилятор, который включается одновременно с компрессором. Если автомобиль находится в движении, конденсор дополнительно обдувается набегающим потоком воздуха. Охладившись, сжатый фреон начинает конденсироваться, и выходит из конденсора уже жидким. После этого жидкий фреон проходит через ресивер-осушитель. Здесь от него отфильтровываются продукты износа компрессора и влага. Пройдя ресивер-осушитель, фреон приходит в терморегулирующий вентиль. Терморегулирующий вентиль, представляет собой специальное устройство, регулирующее перегрев пара, выходящего из испарителя (перегрев - разница температур на выходе из испарителя и кипения хладагента). Терморегулирующий вентиль устанавливают на трубопроводе, по которому жидкий фреон поступает в испаритель. Если испаритель полностью заполнен жидким фреоном, то из него выходит насыщенный пар, температура которого равна температуре кипения фреона. Регулирующий орган терморегулирующего вентиля закрывается. Если из испарителя выходит пар, перегрев которого превышает установку прибора, то регулирующий орган открывается настолько, чтобы площадь его проходного сечения соответствовала допустимой величине. По сути, система регулятора является автоматически регулируемым дросселем. Пройдя через терморегулирующий вентиль фреон, попадает в испаритель, где переходит в газообразное состояние (кипит) и при этом сильно охлаждается. Испаритель — это небольшой радиатор, расположенный в салоне автомобиля. Ледяной фреон охлаждает испаритель, а вентилятор направляет поток холодного воздуха в салон автомобиля. Пройдя через испаритель, все еще достаточно холодный фреон попадает снова в компрессор, и процесс повторяется вновь. Часть системы от компрессора до терморегулирующего вентиля называется напорной магистралью. Система от испарителя до компрессора называется обратной магистралью, или магистралью низкого давления. Она делается из толстых трубок и на ощупь ледяная. Если в напорной магистрали во время работы компрессора давление колеблется от 7 до 15 атмосфер (в аварийных случаях и до 30), то в обратной магистрали давление не превышает 3,5 атмосферы. Когда кондиционер выключен, давление в обеих магистралях уравнивается и составляет около 5 атмосфер. За правильной работой системы следят несколько датчиков. Количество их варьируется. В простейшем случае на ресивере-осушителе ставится датчик регулировки скорости вентилятора. Когда охлаждение конденсора недостаточно, давление в напорной магистрали начинает стремительно расти, а фреон в конденсоре перестает конденсироваться. Датчик реагирует на скачок давления и включает вентилятор на полную мощность. Второй функцией этого датчика является выключение компрессора, если давление в напорной магистрали достигает запредельных величин. Датчик выключает компрессор и в том случаи, если температура испарителя становится слишком низкой. Схема работы автомобильного кондиционера приведена в приложении (Лист V, рис.10 - 11). Из описания и схемы видно насколько вся система сложна и дооснастить ей автомобиль, не имеющий кондиционера, достаточно проблематично. Стоимость агрегатов и работы приближается к стоимости самого автомобиля, а порой и превосходит её и экономически дооснащение нецелесообразно. Исходя из этого система термоэлектрического получения холода имеет определённые перспективные преимущества благодаря своей дешевизне и конструкционной встраиваемости.
Принцип работы термоэлектрического холодильника [7 - 9]
Принцип работы любого термоэлектрического холодильника основывается на использовании «Эффекта Пельтье». Он заключается в том, что при прохождении постоянного тока через ТЭМ (несколько последовательно соединённых ТЭМ) тепло выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока). Происходит перенос тепла так, что одна поверхность батареи из ТЭМ охлаждается, а вторая – нагревается. Для использования этого эффекта первая (холодная) часть термобатареи помещается в среду, которую надо охладить, а вторую (горячую) – в окружающую.
Агрегат термоэлектрического холодильника состоит из термоэлектрических модулей, блока питания (в автомобиле аккумуляторная батарея), панели вентилятора.
Термоэлектрический модуль содержит: радиатор, термоэлемент, дистансер и теплоизоляцию (Приложение лист V, рис. 12). Вентилятор - предназначен для отвода тепла от нагретой части термоэлемента. Радиатор - ребристая алюминиевая пластина. Отдача тепла осуществляется благодаря конвекции (движению) воздуха вдоль ребер радиатора. Конвекция может быть естественной, за счет движения нагретого воздуха вверх, но для большей эффективности охлаждения, и, следовательно, повышения эффективности работы всего агрегата применяется принудительная конвекция - движение воздуха идет за счет дополнительно установленного на радиатор вентилятора. Дистансер - алюминиевая пластина, предназначенная для передачи холода внутрь холодильника (Приложение лист VI, рис. 13 - 14). Блок питания термоэлектрического холодильника - электронное устройство необходимое для питания термоэлемента. Управление работой термоэлемента, а значит и регулированием температуры в холодильнике, осуществляется изменением величины постоянного напряжения, подаваемого на него. Преимуществами термоэлектрического холодильника являются:
- звуковая и электромагнитная бесшумность работы;
- надёжность и долговечность (до 200 000 часов наработки);
- небольшие размеры и вес;
- отсутствие движущихся, трущихся частей и сложных соединительных труб;
- устойчивость к механическим воздействиям;
- возможность точного регулирования температуры;
- отсутствие потребности в жидких или газовых охладителях, экологическая чистота;
- возможность работы в любом пространственном положении.
К недостаткам можно отнести относительную дороговизну модулей ТЭМ, значительную энергоёмкость модулей и высокую инерционность начала работы (окончания работы) модулей.
Изготовление термоэлектрического модуля автомобильного кондиционера [10 - 12]
Для изготовления термоэлектрического модуля, в первоначальном варианте, использовались элементы Пельтье (ТЕС1-127080-50) (Q макс. - 79,1 Вт; Iмакс. - 8А; Uмакс. - 15,4В). Для изготовления кондиционера применили четыре модуля объединённых по два в каждом блоке. Общая мощность установки, таким образом, при напряжении питания от бортовой сети автомобиля (13,1-14,1В) составила примерно 140 Вт. Элементы Пельтье были попарно размещены на массивном теплоотводящем радиаторе с закреплённым на нём вентиляторами для принудительного обдува. Дистансер изготовлен также из радиаторов, закреплённых на холодной стороне элементов Пельтье. На радиаторах дистансера расположили небольшие вентиляторы для принудительного забора холодного воздуха с поверхности радиатора. Монтаж элементов Пельтье на радиаторы проводился с использованием термопасты для улучшения поверхностной теплопроводности. Конструкция термоэлектрического модуля, показана в приложении (Лист VI - VII, рис. 15 - 17). Конструкция термоэлектрического модуля получилась достаточно габаритной (особенно критично в горизонтальной плоскости), что привело к поиску иных решений. Второй вариант термоэлектрического модуля изготовлен с использованием современных высокопроизводительных ТЭМ (ТЕС1-12715) (Q макс. - 100 Вт; Iмакс. - 15А; Uмакс. - 15,4В). Для уменьшения ширины сборки, было использовано два параллельно включённых модуля ТЭМ. В сборке использовали новые высокоэффективные радиаторы отвода холодного воздуха с трубчатым циркуляционным дистансером. Мощность собранного модуля кондиционера составляет примерно 140 – 145 Вт., при напряжении питания автомобильной сети (13,1-14,1В). Потребляемый ток 14 – 15 А. Фотографии изготовленного модуля кондиционера и его элементов размещены в приложении (Лист VII - VIII, рис. 18 – 21).
Изготовление рабочей модели кондиционера [11 - 12]
Первоначальный вариант кондиционера предполагал внутрисалонное размещение под панелью приборов. В основе корпуса кондиционера лежит коробчатая конструкция, обклеенная внутри, для улучшения теплоизоляции, изолоном. На задней стенке корпуса расположены термоэлектрические модули. Корпуса дистансеров модулей, размещены внутри короба. В передней части короба имеются решетчатые отверстия (можно использовать регулируемые решётки от любых моделей автомобилей). Электрическая схема представляет собой разводку проводов от элементов Пельтье, подключённых к бортовой сети через выключатель питания и регулятор мощности, который позволяет изменять напряжение, подаваемое на элементы. Этим достигается регулировка температуры охлаждаемого воздуха. Вентиляторы дистансеров так же включены через регулятор мощности, что позволяет изменять интенсивность потока холодного воздуха. Вентиляторы теплоотводящих радиаторов включены постоянно. Конструкция кондиционера и его электрическая схема представлены в приложении (Лист VIII - IX, рис. 22 - 24). Подобная конструкция имеет ряд недостатков. Во – первых, необходимо прорезать отверстие в переднем щите салона для вывода теплоотводящих радиаторов. Во – вторых, значительное усложнение конструкции самого блока кондиционера, наличие заслонок, изготовление регулятора мощности. В – третьих, необходимость проведения внутри салона отдельной проводки (достаточно мощной) для питания кондиционера. Вторая модель модуля кондиционера (Приложение лист IX, рис. 25 – 26) позволила обойти эти недостатки. У «Нивы», в моторном отсеке имеется пластмассовый короб воздухозаборника системы вентиляции салона. Размеры этого короба вполне позволяют встроить термоэлектрический модуль самодельного кондиционера (второй вариант). В этом случае отпадает необходимость в дополнительных заслонках и регуляторе мощности, поскольку регулировать поток холодного воздуха, позволяет штатное управление заслонками вентиляционной системы. В нижней части короба необходимо проделать дренажное отверстие, в которое вставляется штуцер с трубкой отвода конденсата. Трубку можно вывести в любое удобное место (мы вывели под переднюю подвеску в области правого колеса). Замерзание влаги в холодный период некритично, поскольку надобности в кондиционере в этот период нет. Модуль кондиционера подключается к батарее автомобиля через реле включения, способное коммутировать значительный ток. Управление реле осуществляется штатной клавишей или фиксирующейся кнопкой (желательно с индикатором включения). В салон заводится один провод управления (через штатные жгуты проводов) с кнопки включения. Остальные подключаемые провода располагаются в моторном отсеке. «Плюс» управления на кнопку и «минус» индикатора включения нетрудно найти в салонной проводке. Некоторые опасения в эффективности работы термоэлектрического модуля вызывал нагрев моторного отсека при работе двигателя. Но как показали практические испытания, эффективность работы модуля снижается только при стоянке с заведённым двигателем. Во время движения автомобиля поток входящего воздуха полностью нивелирует поток тепла от двигателя.
Исследования эффективности работы, изготовленной модели
Общая суммарная мощность модулей (заявленная производителем) – 150 – 160 Вт. Реальная - 140 Вт. Максимальная разность температур (заявленная производителем) – 62 0С. График зависимости холодопроизводительности Qx от разности температур пластин ΔТ для элемента ТЕС1-12715 представлен в приложении (Лист X, рис. 27). Для тепловых насосов (к которым относятся и элемент Пельтье) понятие КПД неприменимо — отношение полезной работы к затраченной для них зависит от условий работы. Из приведённого графика можно подсчитать только максимальную эффективность элемента (а не КПД). Потребляемая электрическая мощность составит 15,4 x 15 = 231 Вт, т.е. максимальная эффективность будет численно равна максимальной холодо - производительности и составит 100%. Для нашего модуля и условий его работы 14,2 x 10,2 = 144,8 Вт (для одного элемента) максимальная холодо - производительность по графику примерно 75%. Соответственно в наших (реальных условиях) разность температуры теоретически не может превысить 500С. Реальные замеры температур проводились многоканальным электронным термометром, позволяющим установить сразу два датчика на горячий и холодный радиаторы, датчики на регистрацию температуры окружающего воздуха, и одновременно анализировать все параметра по времени работы. Результаты замеров температурных режимов позволили построить графическую зависимость производительности кондиционера от времени работы термоэлектрических модулей (Приложение лист X, рис. 28). Анализируя график можно увидеть, что температурные границы при работе термоэлектрических модулей соответствуют расчётным. Температура, на выходе кондиционера в устоявшемся режиме работы, соответствует приблизительно 10-12 0С, что позволит значительно снизить температуру в салоне автомобиля в зоне передних сидений. Необходимо отметить, что температурные параметры снимались на ходу автомобиля и на стоянке с заведённым двигателем. Температурные параметры на стоящем автомобиле будут несколько иными, за счёт интенсивного тепла работающего двигателя. В результате, в этих условиях, значительно снижается эффективность работы всей системы. Так же, были проведены замеры температуры внутри салона автомобиля. Данные замеров в приложении (Лист X, рис. 29).
Перспективы разработки модели кондиционера
По справочным данным, на охлаждение 10 м2. площади требуется 1 кВт мощности охлаждения. Компрессорный кондиционер, в среднем потребляет 4кВт. Учитывая потери на трение и др., полезная мощность кондиционера составляет примерно 2-2,5 кВт, что с избытком хватает для охлаждения всего салона автомобиля. Испытания модели показали, что для приемлемого охлаждения зон передних и задних сидений мощности в 140 Вт не совсем достаточно (при такой мощности охладителя, расчётное снижение температуры салона будет 5-6 0С). Экспериментами доказано, что мощность устройства должна составлять не менее 400Вт (из расчёта снижения температуры на 9-10 0С по отношению к окружающей). Такая мощность значительно отразится на параметрах энергетической системы автомобиля. Но все – же, даже снижение температуры на 6 – 7 0С, уже приемлемый результат разработанной модели кондиционера.
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- в ходе работы и проведении исследований изучены возможные литературные и интернет – источники по устройству и принципу действия термоэлектрических генераторов;
- на основе изученных источников разработан собственный вариант генератора холода с возможностью установки его в конструкцию автомобиля «Нива»;
- выполнена практическая реализация устройства и внедрение его в конструкцию воздуховодов автомобиля «Нива»;
- исследование режимов работы генератора холода и определение эффективности устройства в составе климатической установки автомобиля показали приемлемый результат. Снижение температуры внутри салона автомобиля, в зависимости от температурных условий окружающей среды, соответствует мощности термоэлектрической установки и составляет 5 – 6 0С. При увеличении мощности термоэлектрических модулей можно добиться разницы температур в 10 – 12 0С, но такой вариант потребует увеличения мощности генератора автомобиля.
Список литературы и интернет - источников
1. http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/290 ehlement _ pelte _ on_zhe _ termoehlektricheskij _ modul. html
2.С.Д. Сивухин, Общий курс физики. М., Наука, 1977 г.
3.Л.С. Стильбанс, Физика полупроводников, М., 1967 г.
4. КРИОТЕРМ, http://www.kryotherm.ru, Термоэлектрические модули, системы охлаждения и генерации электрической энергии
5. Г. Громов, Объемные или тонкопленочные термоэлектрические модули, Компоненты и технологии, № 9, 2014 г.
6.М.И.Бескаравайный, Устройство автомобиля просто и понятно для всех, Эксмо, 2008 г.
7.В. В. Коляда, Кондиционеры, СОЛОН-Пресс, 2002 г.
8.http://www.drive2.ru/l/3537059/ - Применение элементов Пельтье.
9. http://womanadvice.ru/termoelektricheskiy-holodilnik#ixzz3HDxfaVFB
Журнал WomanAdvice - Советы на все случаи жизни
10.https://d-a.d-cd.net/443bd54s-960.jpg – Использование элементов Пельтье.
11.http://www.drive2.ru/l/3847014/ - Самодельный холодильник на элементах Пельтье
12.http://mikrob.ru/viewtopic.php?f=488&t=104584- Автохолодильник своими руками.
Приложение
Рис.2. Жан Шарль Атаназ Пельтье (1785 – 1845). Французский физик, автор трудов по термоэлектричеству, электромагнетизму и метеорологии.
Рис.1. Томас Иоганн Зеебек (1770 – 1831). Немецкий физик.
Рис.3. Принцип работы ТЭМ (Термоэлектрического модуля).
Рис.4. Термоэлектрический модуль – элемент Пельтье.
Рис.5. Современный ТЭМ (TEC1-12705).
Рис.6. Структура термоэлектрического модуля.
Рис.7. Высокоэффективные однокаскадные охлаждающие модули (ТЭМ).
Таблица 1. Характеристики некоторых (наиболее доступных) термоэлектрических модулей.
Рис.8. График зависимости охлаждающей способности от термоэлектрической добротности в объёмном модуле (среднее значение по основным типам ТЭМ) (при Т = 300 К).
Рис.9. Зависимость ΔT от Q (среднее значение по основным типам ТЭМ) при +85 °C и максимальном рабочем токе.
Рис.10. Схема работы автомобильного кондиционера.
Рис.11. Схема расположения деталей кондиционера в автомобиле.
1.Радиатор
2.Термоэлемент
3.Дистансер
4.Пенопластовая теплоизоляция
Рис.12. Устройство термоэлектрического холодильника.
Рис.14. Образование льда при работе модуля.
Рис.13. Термоэлектрический модуль холодильника.
Рис.15. Конструкция термоэлектрического модуля из двух блоков (4 ТЭМ по два в каждом блоке).
Рис.16. Дистансер модуля.
Рис.17. Радиатор теплоотдачи.
Рис.18. ТЭМ (ТЕС1-12715).
Рис.19. Дистансер высокоэффективного радиатора с трубчатым циркуляционным охлаждением.
Рис.20. Радиатор с трубчатым циркуляционным охлаждением.
Рис.21. Термоэлектрический модуль автомобильного кондиционера в собранном виде.
Рис.22. Конструкция внутрисалонного кондиционера
Рис.23. Электрическая схема внутрисалонного кондиционера.
Рис.24. Принципиальная схема регуляторов мощности.
Рис.25. Воздухозаборник «Нивы».
Рис.26. Встроенный в воздухозаборник модуль кондиционера.
Рис.27. Зависимость холодопроизводительности Qx от разности температур пластин ΔТ для термоэлектрического модуля ТЕС1-12715.
Рис.28. График экспериментальных замеров температуры, изготовленной модели кондиционера, в зависимости от времени работы термоэлектрических модулей.
Рис.29. График экспериментальных замеров температуры внутри салона автомобиля при работающем кондиционере.