Bạn đã bao giờ thắc mắc về việc có một chiếc tủ lạnh di động nhỏ để làm lạnh nước, đồ uống và nước trái cây trong những chuyến đi chơi mùa hè chưa?
Điện lạnh AC là cách phổ biến nhất để làm mát trong tủ lạnh hoặc phòng. Nhưng đây là một quy trình nặng nhọc, đòi hỏi một lượng điện năng đáng kể và phần cứng điện cồng kềnh để thực hiện nhiệm vụ này.
May mắn thay, có thể tạo ra một chiếc tủ lạnh giữ mát thực phẩm bằng cách sử dụng pin DC di động và một thứ gọi là hiệu ứng Peltier.
Hiệu ứng Peltier là gì?
Bộ làm mát nhiệt điện hoặc thiết bị hiệu ứng Peltier là những thiết bị tương đối thu nhỏ được sử dụng để làm mát hoặc sưởi ấm. Các thiết bị Peltier sử dụng DC (dòng điện một chiều) để làm mát, trái ngược với tủ lạnh hoặc máy điều hòa không khí thông thường sử dụng dòng điện xoay chiều. Hiệu ứng Peltier là một quá trình trong đó, nếu dòng điện một chiều chạy qua một mạch có hai dây dẫn làm bằng vật liệu khác nhau, nhiệt từ một điểm nối sẽ bị loại bỏ, khiến nó trở nên lạnh và điểm nối còn lại sẽ hấp thụ nhiệt, khiến nó trở nên nóng.
Cũng có thể quan sát thấy rằng nếu đảo ngược cực tính của dòng điện, mối nối trước đó lạnh sẽ trở nên nóng; trong khi đường giao nhau nóng trước khi đảo ngược cực tính hiện tại, trở nên lạnh.
Sử dụng thiết bị Peltier nhiệt điện để kiểm soát nhiệt độ
Hiện tượng trên tạo cơ hội để thiết kế một thiết bị có thể trích xuất và loại bỏ nhiệt. Nếu bạn đặt mối nối lạnh hơn trên bề mặt hoặc thiết bị nóng cần phải giải phóng nhiệt và mối nối nóng hơn đi trên một bộ tản nhiệt, bạn có thể giữ cho bề mặt hoặc thiết bị mát mẻ. Không chỉ vậy, mà bạn có thể duy trì nhiệt độ tối ưu liên tục để có hiệu suất tốt.
Cách xây dựng tủ lạnh mini DC
Chúng tôi sẽ sử dụng khái niệm được đề cập ở trên để thiết kế tủ lạnh DC. Tủ lạnh mini là thiết kế mục tiêu, tuy nhiên, nó có thể được thu nhỏ thành tủ lạnh cỡ trung bình bằng cách sử dụng nhiều thiết bị hiệu ứng Peltier bằng cùng một kỹ thuật.
Bạn sẽ cần gì
– Các thiết bị cần thiết như sau:
- Mô-đun Peltier (TEC1-12706) có dây đi kèm.
- Hai Tản Nhiệt.
- Pin 12 V DC hoặc nguồn điện DC.
- Hộp (Bên trong phải là vật liệu không dẫn nhiệt như gỗ, bìa cứng hoặc xốp)
- Hai Quạt Delta Electronics FFB0412HN trên cánh tản nhiệt đối lưu cưỡng bức
- Miếng dán giảm sốt
- Dây điện
Thiết bị Peltier làm mát bằng nhiệt điện mà chúng tôi đang sử dụng ở đây là thiết bị hoạt động một chiều với điện áp hoạt động tối ưu là 12VDC, tiêu thụ dòng điện gần như 6A (72W). Điện áp hoạt động không được vượt quá 15 VDC. Không cấp nguồn cho thiết bị Peltier mà không có bộ tản nhiệt. Nếu nó được sử dụng ngay cả trong giây lát, nó có thể vượt quá nhiệt độ hoạt động tối đa của điểm nối thiết bị và dẫn đến suy giảm hiệu suất hoặc hỏng hoàn toàn thiết bị.
Bước 1: Chuẩn bị hộp
Bây giờ lấy một hộp vật liệu cách nhiệt rỗng. Đối với cuộc biểu tình này, chúng tôi đã sử dụng bìa cứng. Tạo một lỗ hoặc khoang theo kích thước của thiết bị Peltier TEC1-12706 (tức là 40mm x 40mm) để thiết kế tủ lạnh mini. Đặt thiết bị Peltier ngay trên khoang bạn đã tạo trong hộp
Bước 2: Đặt tản nhiệt trên thiết bị Peltier
Bây giờ hãy đặt các bộ tản nhiệt trên cả hai điểm nối của thiết bị Peltier. Mỗi điểm nối của thiết bị Peltier được gắn vào bộ tản nhiệt bằng keo tản nhiệt có tính dẫn điện cao. Keo tản nhiệt đảm bảo luồng nhiệt thông suốt giữa mỗi mối nối Peltier và tấm đế tản nhiệt, đồng thời không để mối nối nóng trở nên quá nóng và mối nối lạnh trở nên quá lạnh để làm hỏng cả hai mối nối.
Tản nhiệt làm tăng hiệu quả của thiết bị Peltier bằng cách thường xuyên duy trì luồng không khí. Điều này là do sự trao đổi nhiệt giữa không khí xung quanh và thiết bị Peltier tăng lên do bộ tản nhiệt có diện tích bề mặt lớn để hút nhiệt từ mối nối bên trong và loại bỏ nhiệt qua mối nối bên ngoài. Để có thiết kế tốt, nên sử dụng tản nhiệt có cánh tản nhiệt lớn hơn và diện tích bề mặt lớn hơn.
Bước 3: Gắn quạt
Bây giờ hãy gắn quạt mà bạn chọn trên mỗi cánh tản nhiệt. Đối lưu cưỡng bức do quạt cung cấp làm tăng tốc độ luồng không khí qua các cánh tản nhiệt, cho phép có thể hút nhiều nhiệt hơn.
Quạt được sử dụng trong dự án này là loại không chổi than 12VDC (Delta Electronics FFB0412HN) với lưu lượng gió 10,6 cfm. Mỗi quạt tiêu thụ ít hơn một watt năng lượng từ pin. Tuy nhiên, người ta có thể sử dụng quạt có nhiều luồng khí hơn để có hiệu suất tốt hơn.
Cẩn thận không kết nối các mối nối của thiết bị thông qua giao diện kim loại như vít gắn trên tản nhiệt, để tránh làm đoản mạch các mối nối nhiệt. Điều này có thể dẫn đến sự suy giảm đáng kể về hiệu suất của tủ lạnh thiết bị Peltier, vì dòng nhiệt có thể đi theo đường ngắn nhất qua vít kim loại, v.v.
Trường hợp không thể gắn ốc vít do chập mạch nhiệt giữa 2 cánh tản nhiệt, bạn có thể dùng keo để gắn các cánh tản nhiệt vào hộp. Tuy nhiên, bắt buộc phải sử dụng miếng dán tản nhiệt giữa bộ tản nhiệt và thiết bị Peltier.
Bước 4: Cấp nguồn bằng cách sử dụng 12 VDC
Bây giờ kết nối các điểm nối của thiết bị Peltier và dây của quạt với pin 12 VDC. Pin phải có dung lượng hiện tại để cung cấp dòng điện 7A DC. Pin 10Ah trở lên là đủ cho mô-đun Peltier duy nhất có quạt này. Đặt cực điện áp của các điểm nối thiết bị sao cho mặt trong của hộp trở nên lạnh hơn và mặt ngoài nóng lên, lấy nhiệt ra khỏi hộp để làm mát.
Bây giờ nối các dây với pin để cho phép thiết bị nhận dòng điện. Quan sát kỹ dòng điện rút ra từ pin. Nó phải nằm trong giới hạn được chỉ định bởi nhà sản xuất thiết bị Peltier. Cho phép hệ thống lấy dòng điện trong một thời gian và quan sát điện áp và dòng điện để biết giới hạn an toàn.
Sau một lúc, bạn sẽ cảm thấy không khí lạnh hơn bên trong hộp. Có thể để thêm chai nước, nước trái cây để giữ lạnh. Bây giờ đậy hộp để sử dụng như một tủ lạnh mini. Để hoạt động đáng tin cậy, bạn có thể thêm bộ điều khiển nhiệt độ để bảo vệ thiết bị Peltier không vượt quá giới hạn hoạt động.
Bạn đã tự làm tủ lạnh mini cho riêng mình
Bây giờ bạn có thể chế tạo cho mình một chiếc Tủ lạnh mini bằng cách sử dụng các thiết bị Peltier và một số thành phần đơn giản khác. Các mô-đun hiệu ứng Peltier cũng có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ cho các ứng dụng như làm mát trong các thiết bị điện tử, mạch điện và hệ thống yêu cầu hệ thống làm mát nhẹ và ngân sách thấp.
