Heb je je ooit afgevraagd of je een kleine draagbare koelkast hebt om je water, drankjes en sappen te koelen tijdens je zomerse uitstapjes?
AC-koeling is de meest gebruikelijke manier om in een koelkast of een kamer te koelen. Maar dit is een zwaar proces, dat een aanzienlijke hoeveelheid elektrisch vermogen en omvangrijke elektrische hardware vereist om deze taak uit te voeren.
Gelukkig is het mogelijk om een koelkast te maken die voedsel koel houdt met behulp van een draagbare gelijkstroombatterij en iets dat het Peltier-effect wordt genoemd.
Wat is het Peltier-effect?
Thermo-elektrische koelers of Peltier-effectapparaten zijn relatief miniatuurapparaten die worden gebruikt voor koeling of verwarming. Peltier-apparaten gebruiken DC (gelijkstroom) voor koeling, in tegenstelling tot conventionele koelkasten of airconditioners die wisselstroom gebruiken. Het Peltier-effect is een proces waarbij, als gelijkstroom door een circuit met twee geleiders van verschillende geleiders gaat materialen, wordt warmte van het ene knooppunt verwijderd, waardoor het koud wordt, en het andere knooppunt absorbeert warmte, waardoor het heet worden.
Er kan ook worden waargenomen dat als de polariteit van de stroom wordt omgekeerd, de kruising die voorheen koud was, heet wordt; terwijl de kruising die heet was voordat de huidige polariteit werd omgekeerd, koud wordt.
Thermo-elektrische Peltier-apparaten gebruiken voor temperatuurregeling
Bovenstaand fenomeen biedt de mogelijkheid om een apparaat te ontwerpen dat warmte kan onttrekken en afvoeren. Als u de koudere verbinding op het hete oppervlak of apparaat plaatst waaruit warmte moet worden onttrokken, en de warmere verbinding gaat op een koellichaam, kunt u het oppervlak of apparaat koel houden. Niet alleen dat, maar u kunt ook een continue optimale temperatuur behouden voor goede prestaties.
Hoe een mini-DC-koelkast te bouwen
We zullen het hierboven genoemde concept gebruiken om een DC-koelkast te ontwerpen. Een minikoelkast is het doelontwerp, maar het kan worden geschaald naar een middelgrote koelkast met behulp van meerdere Peltier-effectapparaten met dezelfde techniek.
Wat je nodig zult hebben
De benodigde apparatuur is als volgt: -
- Een Peltier-module (TEC1-12706) met aangesloten draden.
- Twee koellichamen.
- Een 12 V DC batterij of DC voeding.
- Een doos (intern moet thermisch niet-geleidend materiaal zijn zoals hout, karton of piepschuim)
- Twee ventilatoren Delta-elektronica FFB0412HN op koelribben voor geforceerde convectie
- Koelpasta
- Elektrische draden
Het thermo-elektrische koelende Peltier-apparaat dat we hier gebruiken, is een DC-bedrijfsapparaat met een optimale bedrijfsspanning van 12VDC dat bijna 6A stroom verbruikt (72W). De bedrijfsspanning mag niet hoger zijn dan 15 VDC. Schakel het Peltier-apparaat niet in zonder koellichaam. Als het zelfs maar kortstondig wordt gebruikt, kan het de maximale bedrijfstemperatuur van de apparaatverbinding overschrijden en resulteren in prestatievermindering of volledige uitval van het apparaat.
Stap 1: bereid de doos voor
Neem nu een lege doos thermisch isolerend materiaal. Voor deze demonstratie hebben we karton gebruikt. Maak een gat of holte volgens de afmetingen van het Peltier-apparaat TEC1-12706 (d.w.z. 40 mm x 40 mm) voor het ontwerp van een minikoelkast. Plaats het Peltier-apparaat precies op de holte die u in de doos hebt gemaakt
Stap 2: plaats de koellichamen op het Peltier-apparaat
Plaats nu koellichamen op beide knooppunten van het Peltier-apparaat. Elke verbinding van het Peltier-apparaat is bevestigd aan het koellichaam behulp van sterk geleidende koelpasta. Koelpasta zorgt voor een soepele warmtestroom tussen elke Peltier-verbinding en de bodemplaat van het koellichaam de hete kruising niet te heet laten worden en de koude kruising ook niet te koud laten worden om te beschadigen knooppunt.
Koellichaam verhoogt de efficiëntie van het Peltier-apparaat door regelmatig de luchtstroom te handhaven. Door het grote oppervlak wordt namelijk de warmte-uitwisseling tussen de omgevingslucht en het Peltier-apparaat vergroot gebied dat door het koellichaam wordt geboden voor warmteafvoer van de binnenste verbinding en warmteafvoer via de buitenkant knooppunt. Voor een goed ontwerp zijn koellichamen met grotere lamellen en een groter oppervlak aan te bevelen.
Stap 3: Bevestig ventilatoren
Nu bijvoegen uw keuze van ventilator op elke vin van het koellichaam. Geforceerde convectie die door de ventilator wordt geleverd, verhoogt de luchtstroomsnelheid door koelribben, waardoor meer warmteafvoer mogelijk is.
De ventilatoren die in dit project worden gebruikt, zijn 12VDC borstelloos (Delta-elektronica FFB0412HN) met een luchtstroom van 10,6 cfm. Elke ventilator verbruikt minder dan één watt aan stroom van de batterij. Men kan echter een ventilator met meer luchtstroom gebruiken voor betere prestaties.
Zorg ervoor dat u de apparaatverbindingen niet aansluit via een metalen interface, zoals een schroef die op koellichamen is gemonteerd, om kortsluiting van thermische verbindingen te voorkomen. Dit kan resulteren in een aanzienlijke verslechtering van de prestaties van de koelkast van het Peltier-apparaat, aangezien de warmtestroom de kortste weg door de metalen schroef kan krijgen, enz.
Als schroeven niet kunnen worden gemonteerd vanwege thermische kortsluiting tussen twee koellichamen, kunt u lijm gebruiken om koellichamen aan de doos te bevestigen. Het is echter verplicht om koelpasta te gebruiken tussen een koellichaam en het Peltier-apparaat.
Stap 4: Opstarten met 12 VDC
Sluit nu de knooppunten van het Peltier-apparaat en de draden van ventilatoren met een 12 VDC-batterij aan. De accu moet de stroomcapaciteit hebben om een gelijkstroom van 7A te leveren. Een accu van 10Ah of meer is voldoende voor deze enkele Peltier module met ventilatoren. Stel de spanningspolariteit van apparaatverbindingen zo in dat de binnenkant van de doos kouder wordt en de buitenkant heet, waardoor de warmte uit de doos wordt gehaald om af te koelen.
Verbind nu de draden met de batterij zodat het apparaat stroom kan opnemen. Let goed op de stroom die uit de batterij wordt getrokken. Het moet binnen de limieten vallen die zijn gespecificeerd door de fabrikant van het Peltier-apparaat. Laat het systeem enige tijd stroom opnemen en observeer de spanningen en stroom voor veilige limieten.
Na enkele ogenblikken voel je de koudere lucht in de box. Je kunt waterflessen en sappen toevoegen om ze koel te houden. Bedek nu de doos voor gebruik als minikoelkast. Voor een betrouwbare werking kan dat voeg een temperatuurregelaar toe om het Peltier-apparaat te beschermen tegen overschrijding van de operationele limieten.
Je hebt je eigen doe-het-zelf minikoelkast gemaakt
Nu kun je zelf een mini-koelkast bouwen met behulp van de Peltier-apparaten en een paar andere eenvoudige componenten. Peltier-effectmodules kunnen ook worden gebruikt voor temperatuurregeling voor toepassingen zoals inkoeling elektronische apparaten, circuits en systemen waar een low budget en lichtgewicht koelsysteem is vereist.