Устройство для принудительной конвекции на элементах Пельтье

Термоэлектрические модули, используемые в вычислительной технике

В последнее время термоэлектрические модули стали активно применяться для охлаждения центрального процессора CPU в персональных компьютерах.

Однако, рентабельность подобного применения батарей на элементах Пельтье достаточно мала по следующим причинам:

  1. Так как за счет небольшого значения коэффициента COP для эффективного охлаждения требуется запитывать устройство от достаточно мощного блока питания, это экономически невыгодно.
  2. Процессор в компьютере греется именно в тех случаях, когда ему приходится обрабатывать большой объем информации, в случаях, когда запущены или работают одновременно несколько программ. В ситуациях, когда компьютер просто включен или, к примеру, экран находится в спящем режиме, термоэлектрический модуль способен понизить температуру процессора до точки росы, при которой в любом случае начнется выпадение конденсата. А любая повышенная влажность, как известно, крайне губительна для электроники.

Однако, при использовании гибридных систем охлаждения, при которых термоэлектрические модули работают совместно с другими видами, используемыми для понижения температуры, применение батарей на элементах Пельтье считается оправданным.

Подобные термогенераторы с мощностью от 25 до 10 Вт прекрасно подойдут жителям отдаленных мест, в длительных походах или при проведении геологоразведочных работ.

Генераторный режим элемента Пельтье

Открытие Жака-Шарля Пельтье буквально перевернуло мир, так как устройство может использоваться в качестве универсального генератора тепла и холода. Кроме этих функций, был отмечен еще один немаловажный эффект – генераторный режим. Если теплую сторону устройства нагревать, а холодную охлаждать, то на выводах возникает разница потенциалов, и при замыкании цепи начинает течь ток.

Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:

  • зарядки мобильных устройств;
  • питания светодиодного освещения;
  • изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.

Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.

Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.

  • зарядки мобильных устройств;
  • питания светодиодного освещения;
  • изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

Живой Журнал

Для радиатора нагревания взял радиатор от кулера старого процессора.

Подключение к плате Arduino

Так как элемент Пельтье – это довольно “прожорливый” модуль, то его прямое подключение к выводам Arduino строго запрещено. Логично предположить, что в данном случае необходимо иметь промежуточный силовой коммутатор, способный управляться логическим уровнем микроконтроллера и выдерживать ток до 6А. Первое что приходит на ум – это коммутировать Пельтье при помощи релейного модуля. Однако перед сборкой схемы следует уяснить несколько важных правил, которые помогут продлить жизнь термоэлектрического преобразователя:

Пульсация питающего напряжения свыше 5% снижает эффективность работы элемента Пельтье в среднем на 30-40%;

Крайне не рекомендуется для питания элемента Пельтье использовать релейные регуляторы, выполняющие частые циклы включения и выключения. Такая динамика приведет к ускоренной деградации полупроводниковых пар и через 1-2 месяца модуль выйдет из строя. Средний цикл старт-стопов бытовых элементов равен около 5000 переключений.

Некоторые умельцы регулируют температуру элементов Пельтье при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такой подход аналогично релейным регуляторам способствует ускоренной деградации внутренних составляющих модуля.

Читайте также:  Энергосберегающие стекла и стеклопакеты. Как сделать окна теплыми

На основании вышеизложенных фактов логичнее всего коммутировать питание элемента Пельтье при помощи полевого транзистора, способного открываться от логического уровня, например IRL540N. Он способен пропускать ток до 36А при 4.5В на затворе, что для модуля TEC1-12706 хватит с лихвой. На рисунке №4 показана соответствующая схема.

Рисунок №4 – подключение TEC1-12706 к Arduino Nano

Ниже приведен простой код, демонстрирующий включение и отключение элемента Пельтье с интервалом в 5 минут.

Библиотека OneWire.h для работы с цифровыми датчиками температуры;

Характеристика и применение электрошлаковой сварки. Методы, технология, достоинства и недостатки

Электрошлаковая сварка относится к термическому классу и является видом сварки плавления. Источник нагрева – теплота, выделяющаяся при прохождении энергоносителя в шлаковой ванне.

Рабочий процесс протекает в вертикальной плоскости и заключается в прохождении сварочной цепи электрического тока по электроду, основному металлу и жидкому шлаку. Происходит расплавление основного металла, присадочного материала за счет тепла от нагретой шлаковой ванны.

Классифицируют электрошлаковую сварку по виду, числу электродов и наличию колебаний электрода.


Классифицируют электрошлаковую сварку по виду, числу электродов и наличию колебаний электрода.

Что такое электрошлаковая сварка

В промышленных масштабах для вертикального соединения металлов используют метод ЭШС. Электрошлаковая сварка позволяет при минимальных затратах получать качественное соединение. Флюс не только предохраняет расплав от окисления, но и обеспечивает прогрев деталей. Электрод или сварная проволока выступают легирующим металлом, в составе расплава до 20% присадки. Он заполняет зазор между соединяемыми элементами, образуется плотный шов однородной структуры. Об особенностях ЭШС, преимущества и недостатках стоит сказать подробнее.


Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы. С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс. При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

Понятие процесса

Сущность процесса электрошлаковой сварки (ЭШС) состоит в том, что в зазор между торцами соединяемых деталей помещают шлаковую массу, которую расплавляют путем включения электрической дуги между электродом и самой деталью.

В расплавленную массу шлака подается присадочный металл, который, в свою очередь, начинает плавиться вместе с металлом по краям соединяемых деталей.

Жидкий металл тяжелее жидкого шлака, поэтому он опускается вниз, вытесняя шлаковую массу. В нижней части зазора он застывает, а расплавленная масса поднимается вверх — так заваривается вертикальный шов.

В отличие от более традиционных видов электросварки здесь первоначальному нагреву и расплавлению электрической дугой подвергается именно шлак, а не присадочный и основной металл. Температура плавления шлака должна быть существенно выше температуры плавления металла.

После того, как шлак расплавляется, он шунтирует (гасит) электрическую дугу, но подача тока не прекращается. Прохождение тока через шлаковую массу с оптимально подобранными параметрами тепло- и электропроводности вызывает стабильный и равномерный прогрев ее до высоких температур.

Отличить шлак от металла очень легко по его цвету и консистенции. В конце процесса сварки он легко отделяется от монолитного соединения.

Во избежание вытекания расплава на зазоры ставят защитное ограждение — ползуны, постоянно охлаждаемые водой. Во время электрошлакового сварочного процесса они медленно поднимаются вверх.


Но у ЭШС есть и недостатки. Этим способом варят только вертикальные швы, либо швы под острым углом к вертикали (основная причина малой распространенности электрошлакового метода).

Что это такое?

Электрошлаковую сварку относят к термическим видам плавки металла. Источником нагрева в данном случае выступает тепло, которое выделяется энергетическим носителем в процессе прохождении ванны из шлака. Обычно такая сварка используется при необходимости вертикально соединить всевозможные элементы конструкций и заготовок.

Характеристика процесса подразумевает нагрев рабочей области теплом из ванны со шлаком, что присутствует в составе. Процедура нагревания масс шлака возможна благодаря наличию электротока. Суть проведения данной процедуры заключается в плавке и быстром последующем охлаждении заготовки. Чтобы электрошлаковая сварка прошла успешно, мастерам необходимо воспользоваться специальным оборудованием.

Читайте также:  Шкафы, пеналы и мойдодыры для ванной комнаты

Классификация электросварки происходит с учетом количества электродов и возможностей его колебаний. В ГОСТах присутствует вся информация, которая касается требований, условий, иных моментов, что обязательно должны учитываться во время сварки. В ГОСТ 30482-97 описаны правила сварочных процедур, в ГОСТ 9087-81 имеется информация о сварочных материалах, а в ГОСТ 15164-78 указаны виды, габариты и элементы процесса.


Недостатками электрошлаковой сварки считаются такие моменты:

Подготовка изделия к процессу сваривания

Торец предмета с габаритами не более 20 см обрабатывают газорезателем. Необходимость этой операции возникает из-за нужды откорректировать гребни и выхваты: они обязаны быть 0,2-0,3 см, с отклонением от прямого угла не более 0.4 см. Поверхность более толстых металлических изделий проходит стадию механического воздействия, а весь прокат очищают от окислов и коррозии при помощи наждачной машины. Литьё и ковка обязаны быть обработаны по аналогичной методике, и на расстоянии 8 см от торца.

Если присутствует необходимость в соединении двух прокатов с разными слоями, то в работе используют ступенчатую систему ползунов, либо над поверхностью металла большей толщины проводят удаление необходимого слоя. При скреплении кольцеобразных сплавов разность в диаметре стыка не должна быть больше 0,5, а сдвиг свыше 1 мм. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что такие действия имеют ювелирный характер. Но тут содержится ещё один немаловажный момент: чтобы получилась качественная деталь, всю разметку нужно делать с небольшим отступом в большую сторону. Это необходимо делать из-за деформации, которая возникает в ходе воздействия жаром.



Торец предмета с габаритами не более 20 см обрабатывают газорезателем. Необходимость этой операции возникает из-за нужды откорректировать гребни и выхваты: они обязаны быть 0,2-0,3 см, с отклонением от прямого угла не более 0.4 см. Поверхность более толстых металлических изделий проходит стадию механического воздействия, а весь прокат очищают от окислов и коррозии при помощи наждачной машины. Литьё и ковка обязаны быть обработаны по аналогичной методике, и на расстоянии 8 см от торца.

Технология

Технология электрошлаковой сварки это процесс соединения деталей расплавлением их кромок и присадочной проволоки в сварочной ванне. Основным источником нагрева является жидкий шлак – расплавленный флюс, через который проходит электрический ток. Расплав в ванне имеет высокое электрическое сопротивление и сильно греется.

На свариваемую деталь или обе, подключают минус, к электроду плюс. Ток проходит через расположенный между ними расплавленный шлак с высоким сопротивлением и разогревает плавильную ванну. При этом оплавляются края детали, и полностью расплавляется присадочная проволока, заполняя зазор.

[stextbox процесса электросварки зависит от глубины шлаковой ванны и правильно подобранного размера зазора между деталями. При малой ширине ванны процесс плавления флюса нарушается, образуются вспышки дуги.[/stextbox]

Если под электродом вместо стыка сплошная поверхность, происходит электрошлаковая наплавка. Сущность ее в соединении металлов с разными механическими свойствами или увеличение ее размера.

При соединении боковых плоскостей проката, его следует очистить от окалины и ржавчины. Для этого используется обдирочный аппарат или ручная зачистка болгарками с крупнозернистыми кругами.

Преимущества и недостатки способа ЭШС

  • Высокая производительность при больших толщинах деталей — примерно в 20 раз выше
  • Сравнительно малый расход электроэнергии и флюса из расчета на 1 кг металла.
  • Качество металла шва выше. Также путем шлакового переплава получают высокие характеристики металла.
  • Нет необходимости разделывать кромки, что снижает трудоемкость подготовительных операций.

Способ не лишен и некоторых недостатков.

  • Технология сварки должна предусмотреть вертикальную ориентацию шва.
  • Процесс недопустимо прерывать, чтобы избежать образования дефектов и повторного сваривания деталей, как показано на видео.
  • Полученный шов имеет крупнозернистую структуру. Для получения хороших прочностных характеристик изделие нужно подвергать термообработке.

Вообще метод является универсальным. Им выполняют все виды соединений любой конфигурации: тавровые, стыковые, кольцевые и угловые.


Путем контактно-шлаковой сварки можно приваривать стержни к плоской поверхности. Разработаны методики получения кольцевых швов. Для образования шлака используются специальный твердый электропроводный флюс, либо предварительно расплавляют его в кокиле.

Читайте также:  Шланг для пылесоса Samsung: какие фитинги и крепления подойдут для шланга? Как разобрать и заменить шланг для пылесоса? Какие нужны насадки?

Используемые флюсы

Как было упомянуто выше, шлак может иметь различный состав, определяющий его физические свойства. Они учитываются при работе с тем или иным материалом. Различают несколько видов флюсов для ЭШС.

  • Флюс АН-348А характерен высоким содержанием железа с валентностью, равной 3. Данный шлак применяют при сварке нелегированных сталей.
  • Флюс ФЦ-7. По своим характеристикам похож на предыдущий. Нашел применение в процессах, где образуется шлаковая ванна небольшой глубины.
  • Флюсы АН-8, ФЦ-21 или АН-22 рассматриваются в одной категории, как низкокремнистые марганцевые смеси. Применяются для сварки углеродистых и среднелегированных сталей, а также сталей перлитного класса.
  • АН-9 и АН-25 – безмарганцевые флюсы. Были разработаны еще в довоенное время. Именно они использовались при сварке танковой брони.
  • Нержавейку приходится сваривать с использованием флюса АНФ-5.

Сам процесс также обладает определенными преимуществами. Сварка не требовательна к колебаниям электрического тока. Нет такой необходимости в его регулировке, как при ведении работ при дуговой сварке. На подготовительном этапе не нужно обрабатывать кромки.

Важно знать!

Собираясь использовать эту технологию, нужно сначала здраво оценить все её достоинства и недостатки. Обязательно следует учесть ряд важных моментов.

  • Поверхность металла в месте соединения необходимо тщательно очищать от грязи и окислений. В противном случае процесс плавления внутри шлаковой ванны будет протекать нестабильно.
  • Для обеспечения наилучшего качества сварного соединения температура металла должна быть максимально приближена к температуре плавления.
  • Появление дугового разряда в глубине шлаковой ванны или между её свободной поверхностью и электродом является распространённой причиной дефектов шва. Именно поэтому следует уделять особое внимание регулированию дуги.

Нетрудно догадаться, что требующая наличия квалифицированного персонала, использования специального оборудования и имеющая ряд жёстких технологических ограничений, электрошлаковая сварка не может быть осуществлена в домашних условиях. Тем не менее, многие предприятия активно и вполне успешно применяют эту методику. Причин этому несколько.

Преимущества ЭШС

Востребованность данной сварочной технологии объясняется следующими преимуществами:

  • Соединения большой толщины получают за один проход.
  • Не требуется трудоемкая механическая разделка кромок заготовок перед сваркой.
  • ЭШС очень экономична. Если сравнивать со сварочным процессом под флюсом, то расход последнего снижается до 20 раз, а электрической энергии – до 25%.
  • Процесс является высокопроизводительным. Скорость сварки повышается еще до 3 раз благодаря следующим способам: сопутствующее охлаждение околошовной зоны, применение специальных порошковых присадок, увеличение рабочего вылета электрода.
  • Получаемые швы отличаются качеством. Физическая структура металла в местах соединения может дополнительно улучшаться локальной термической обработкой.
  • Данный метод позволяет соединять детали из черных и цветных металлов различных марок, их сплавов.
  • Возможность заваривания зазоров сложной конфигурации с помощью плавящегося мундштука.
  • Качество и параметры сварочного шва регулируются электрическими и механическими режимами работы оборудования, количеством электродов.


Автоматы для ЭШС – довольно сложные устройства.

Оборудование для ЭШС

Оборудование для электрошлаковой сварки может отличаться в зависимости от конструктивных особенностей и используемого источника питания. Специальные устройства обеспечивают перемещение электрода вдоль ванны, именно это обеспечивает ее равномерный прогрев. Ограничивающие боковые ползуны и мундштук с проволокой по мере формирования соединения поднимаются вверх.

В СССР для электрошлаковой сварки были разработаны три типа аппаратов:

  1. Рельсовые. Они перемещаются вдоль сварного шва по вертикальным направляющим.
  2. Безрельсовые. Они прикрепляются к обрабатываемому элементу механическим методом и перемещаются прямо по нему.
  3. Шагающие приборы. Они передвигаются по конструкции при помощи магнитов.


Оборудование для электрошлаковой сварки может отличаться в зависимости от конструктивных особенностей и используемого источника питания. Специальные устройства обеспечивают перемещение электрода вдоль ванны, именно это обеспечивает ее равномерный прогрев. Ограничивающие боковые ползуны и мундштук с проволокой по мере формирования соединения поднимаются вверх.

Ссылка на основную публикацию