Элемент пельтье как повысить мощность
Перейти к содержимому

Элемент пельтье как повысить мощность

  • автор:

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Каширин Дмитрий Евгеньевич, Успенский Иван Алексеевич, Юхин Иван Александрович, Мачнев Алексей Валентинович, Бочков Павел Эдуардович

Цель исследования состоит в определении количества выделяемой и поглощаемой теплоты элементом Пельтье марки ТЭК-12705, который в силу своих конструкционных особенностей имеет особую характеристику по потреблению электрической энергии, зависимости которой и необходимо определить. Материалы и методы исследования. Для достижения цели исследования и ответа на поставленные исследовательские вопросы было проведено экспериментальное исследование. Объектом исследования являлся термоэлектрический преобразователь, для которого были созданы условия, позволяющие наблюдать характеристики элемента Пельтье в замкнутой термодинамической системе. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье, а именно возникновении разности температур при протекании электрического тока. В основу работы элементов Пельтье положен спай двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрону необходимо приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. Принимая во внимание компактные габаритные размеры этих элементов (пластинки толщиной от 3 до 7 мм), можно заключить, что данные устройства могут быть использованы в сушильных установках. Результаты исследования и их анализ. Результаты настоящего исследования показали, что при изменении разности температуры элемента Пельтье марки ТЭК-12705 от 16,1 до 50,2 °С потребляемая им мощность изменяется от 36,6 до 30,1 Вт, при этом напряжение питания составляет 11,2 В. Продолжительность работы следует определять экспериментальным путем, так как эффективность работы элемента зависит от эффективности теплоотвода. Заключение. В результате проведённого исследования были установлены зависимости, показывающие, что работа элемента Пельтье по своей характеристике наиболее близка к линейному нагревательному устройству, но только при продолжительной эксплуатации и превышении рабочей температуры выше нормы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Каширин Дмитрий Евгеньевич, Успенский Иван Алексеевич, Юхин Иван Александрович, Мачнев Алексей Валентинович, Бочков Павел Эдуардович

К ВОПРОСУ О ПОВРЕЖДЕНИЯХ КАРТОФЕЛЯ ПРИ УБОРКЕ И ЗАКЛАДКЕ НА ХРАНЕНИЕ
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РЕЖИМА ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЧЕЛИНЫЕ СОТЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ХРАНЕНИЯ СЕМЕННОГО ЗЕРНА В ГЕРМЕТИЧНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ

ОЦЕНКА ОБЩЕКЛИНИЧЕСКИХ, БИОХИМИЧЕСКИХ И КОАГУЛЯЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОВИ КОРОВ С УЧЕТОМ ПРОДУКТИВНОСТИ

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МИКРОСИСТЕМНОГО СИГНАЛИЗАТОРА СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЯ

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF PELTIER ELEMENT POWER CHARACTERISTICS

Problem and goal. The purpose of this study is to determine the amount of heat released and absorbed by the Peltier element of the TEK-12705 brand, which, due to its design features, has a special characteristic for the consumption of electrical energy, the dependencies of which must be determined. Methodology. To achieve the research goal and answer the research questions, an experimental study was conducted. The object of the study was the thermoelectric converter itself, for which conditions were created that allow us to observe the characteristics of the Peltier element in a closed thermodynamic system. The Peltier element is a thermoelectric converter, the principle of operation of which is based on the Peltier effect, namely, the occurrence of a temperature difference when an electric current flows. The work of the Peltier elements is based on the junction of two semiconductor materials with different levels of electron energy in the conduction band. When a current flows through the contact of such materials, the electron needs to acquire energy in order to move to a higher-energy conduction band of another semiconductor. When this energy is absorbed, the contact point of the semiconductors cools. Taking into account the compact overall dimensions of these elements (plates with a thickness of 3 to 7 mm), it can be concluded that these devices can be used in drying plants. Results. The results of this study showed that when the temperature difference of the Peltier element of the TEK-12705 brand changes from 16.1 to 50.2 °C, the power consumed by it changes from 36.6 to 30.1 W, while the supply voltage is 11.2 V. The duration of operation should be determined experimentally, since the efficiency of the element depends on the efficiency of the heat sink. Conclusion. As a result of the conducted research, the dependences were established, showing that the operation of the Peltier element in its characteristic is closest to a linear heating device, but only with prolonged operation and exceeding the operating temperature above the norm.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ»

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ

КАШИРИН Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, доцент, зав каф. «Электроснабжение», kadm76@mail.ru

УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, ivan.uspensckij@yandex.ru

ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. каф. автотракторной техники и теплоэнергетики, yuival@rambler.ru

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева МАЧНЕВ Алексей Валентинович, д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры «Прикладная механика и инжиниринг технических систем», Московский государственный университет пищевых производств, mgupp@mgupp.ru

БОЧКОВ Павел Эдуардович, аспирант кафедры «Электроснабжение», Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, pav.bochkov@yandex.ru

Цель исследования состоит в определении количества выделяемой и поглощаемой теплоты элементом Пельтье марки ТЭК-12705, который в силу своих конструкционных особенностей имеет особую характеристику по потреблению электрической энергии, зависимости которой и необходимо определить.

Материалы и методы исследования. Для достижения цели исследования и ответа на поставленные исследовательские вопросы было проведено экспериментальное исследование. Объектом исследования являлся термоэлектрический преобразователь, для которого были созданы условия, позволяющие наблюдать характеристики элемента Пельтье в замкнутой термодинамической системе. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье, а именно возникновении разности температур при протекании электрического тока. В основу работы элементов Пельтье положен спай двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрону необходимо приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. Принимая во внимание компактные габаритные размеры этих элементов (пластинки толщиной от 3 до 7 мм), можно заключить, что данные устройства могут быть использованы в сушильных установках.

Результаты исследования и их анализ. Результаты настоящего исследования показали, что при изменении разности температуры элемента Пельтье марки ТЭК-12705 от 16,1 до 50,2 °С потребляемая им мощность изменяется от 36,6 до 30,1 Вт, при этом напряжение питания составляет 11,2 В. Продолжительность работы следует определять экспериментальным путем, так как эффективность работы элемента зависит от эффективности теплоотвода. Заключение. В результате проведённого исследования были установлены зависимости, показывающие, что работа элемента Пельтье по своей характеристике наиболее близка к линейному нагревательному устройству, но только при продолжительной эксплуатации и превышении рабочей температуры выше нормы.

Ключевые слова: элемент Пельтье, количество теплоты, потребляемая мощность, выделяемая мощность.

Тенденции развития современного пчеловодства в значительной мере направлены на глубокую переработку получаемой продукции [1-8]. Важнейшим продуктом пчеловодства является перга. Этот продукт широко применяется в апитерапии для лечения многих заболеваний. Требования ГОСТ 31776-2012, предъявляемые к перге, предполагают обязательное проведение ее сушки, которая обеспечивает возможность длительного хранения продукта [9-11]. Сложность процесса сушки связана с тем, что температура воздуха, обдувающего продукт, не должна превышать 45 °С, чтобы не нарушать качество термолабильных компонентов [12-15]. При такой температуре скорость сушки небольшая, поэтому длительность процесса может достигать 50-60 часов.

Для повышения скорости сушки необходимо удалить максимум влаги из воздуха. Решение данной задачи возможно получить путем вымораживания или конденсации влаги из воздушного потока, циркулирующего внутри сушильной камеры. Нами предлагается выполнять эту операцию посредством холодильной установки, построенной на элементах Пельтье [16-25]. Для обоснования параметров предлагаемой холодильной установки необходимо иметь точные данные о параметрах элементов Пельтье.

Цель исследования Целью исследования является определение количества выделяемой и поглощаемой теплоты элементом Пельтье марки ТЭК-12705.

Материалы и методы исследования Для математического расчёта фактических

© Каширин Д. Е., Успенский И. А., Юхин И. А., Мачнев А. В., Бочков П. Э., 2021г.

показателей тепловой энергии, которую элемент Пельтье передал и которую выделил, была изготовлена лабораторная установка, принципиальная схема которой представлена на рисунке 1, а общий вид — на рисунке 2.

— измерять изменение потребляемой электрической мощности при изменении температуры элемента Пельтье;

— производить измерение тепловой мощности, перекачиваемой элементом Пельтье.

Установка (рис. 1) состоит из двух алюминиевых ёмкостей (1) одинаковой массы и объёма и самого элемента Пельтье марки ТЭК 12705 (2). Для увеличения теплового контакта между поверхностями элемента и ёмкостей была применена теплопроводящая паста марки HT-GY260. Для отслеживания температуры использовался тепловизор марки Testo 871 и датчики температуры (4), а для отслеживания активной мощности — универсальный измерительный прибор Testo 730-3.

1 — нагреваемая и охлаждаемая алюминиевые ёмкости; 2 — элемент Пельтье; 3 — теплоизоляция; 4 — датчики температуры; 5 — источник питания; 6 — универсальный измерительный прибор Testo 730-3

Рис. 1 — Принципиальная схема лабораторной установки

Так как даже в лабораторных условиях сложно создать замкнутую систему, которая не будет взаимодействовать с окружающей средой, было принято решение использовать в нашем опыте дополнительный теплоизолятор, а тепловую инерцию повысить за счёт использования воды, которую налили в каждую ёмкость в количестве 50±0,1 мл.

1 — нагреваемая и охлаждаемая алюминиевые ёмкости; 2 — элемент Пельтье; 3 — теплоизоляция

Рис. 2 — Общий вид лабораторной установки

1 — установка; 2 — универсальный измерительный прибор марки Testo 730-3;

3 — тепловизор марки Testo 871 Рис. 3 — Общий вид лабораторной установки во время проведения опыта (для наглядности, без теплоизолятора)

Опыты проводили следующим образом. Ёмкости, расположенные на поверхностях элемента Пельтье, заполняли водой в количестве по 50± 0,1 г., после чего на установку направляли тепловизор. Для выравнивания температур ёмкостей установку не включали в течение 10 минут. По истечении данного промежутка времени на выводы элемента Пельтье подавали постоянное напряжение со значением 11,2 В. При этом измеряли активную мощность при помощи встроенного в универсальный измерительный прибор марки Testo 730-3 ваттметра с точностью до 0,01 Вт. Температуру нагреваемой и охлаждаемой ёмкостей измеряли тепловизором марки Testo 871 с точностью до 0,01 °С.. Показания снимали через равные интервалы времени длительностью по 60 с до момента достижения нагреваемой поверхностью температуры +90 °С.

Результаты исследования и их анализ Для уменьшения погрешности были проведены три опыта в одинаковых условиях. Каждый опыт длился 13 минут. Результаты исследований представлены в виде уравнений регрессии (1) и (3), а также графически на рисунках 3,4. На рисунках также представлены данные опытов и их усреднённые значения.

Рис. 4 — Зависимость температуры нагреваемой емкости Т,°С от времени ^ мин

Математическая модель, описывающая зависимость температуры Т(х) нагреваемой емкости от времени:

где х — продолжительность работы элемента Пельтье, мин.

Анализ представленной зависимости показывает, что выбранный квадратичный полином описывает исследуемый процесс с высокой точностью — коэффициент детерминации R2 = 0,996.

Установленный вид зависимости (1) показывает, что работа элемента Пельтье близка к линейному нагревательному устройству при продолжительности эксплуатации, не превышающей 5-6 мин, после чего у полупроводников исследуемого элемента начинает изменяться проводимость, о чем свидетельствует замедление роста темпе-

ратуры. По-видимому, нагрев элемента является наиболее значимым фактором, влияющим на его работоспособность.

Для более подробного изучения физических процессов, происходящих в лабораторной установке, было решено изучить влияние разности температур между горячей и холодной емкостями Т, °С на мощность, потребляемую элементом Р, Вт.

где Тг — температура горячей емкости, °С;

ТХ — температура холодной емкости, °С. Полученная в результате статистической обработки зависимость представлена на рисунке 5, а описывающая данный процесс модель приведена в виде квадратичного полинома (3).

ООО данные зксперимента • • • средние значения -линия регрессии

Рис. 5 — Зависимость потребляемой элементом Пельтье мощности Р, Вт от разности температур ДТ, °С

Р(х) = 38,7 -0,15 • х— 0,00047 •

где x — разность температур ЛТ, °C.

Анализ представленной зависимости показывает, что выбранный квадратичный полином описывает исследуемый процесс с высокой точностью — коэффициент детерминации R2 = 0,998.

Вид установленной модели (3) близок к линейной зависимости, причем обнаруживает убывающий характер. На основании полученной зависимости можно предположить, что по мере нагрева полупроводников элемента Пельтье до температуры, близкой к критической (90 °С) их проводящие свойства уменьшаются.

1. При изменении разности температуры элемента Пельтье марки ТЭК-12705 от 16,1 до 50,2 °С потребляемая им мощность изменяется от 36,6 до

30.1 Вт, при этом напряжение питания составляет

2. Наиболее целесообразным представляется использование элементов Пельтье в цикличном режиме работы, так как это не позволит нагревать его до критической температуры. Продолжительность циклов следует определять экспериментальным путем, так как эффективность работы элемента зависит от эффективности теплоотвода.

1. Бышов, Д.Н. Исследование гигроскопических свойств загрязнителей воскового сырья / Д.Н. Бышов, Д.Е. Каширин, В.В. Павлов // Электронный научнометодический журнал Омского ГАУ, 2016. — Спецвыпуск №2. URL: https://cyberleninka. ru/artide/n/issledovanie-gigroskopicheskih-svoystv-zagryazniteley-voskovogo-syrya/viewer

2. Бышов, Д.Н. Исследование гранулометрического состава загрязненного воскового сырья / Д.Н. Бышов, Д.Е. Каширин, В.В. Павлов // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: сб. науч. тр. — 2016. — С. 463-465. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26276106

3. Бышов, Д.Н. Исследование дисперсионных свойств перги различного гранулометрического состава / Д.Н. Бышов, Д.Е. Каширин, В.В. Павлов // Вестник Рязанского государственного аг-ротехнологического университета им. П.А. Косты-чева. — 2017. — № 1 (33). — С. 69-74. URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id=29409333

4. Бышов, Д.Н. Исследование эффективности очистки воскового сырья в воде при интенсивном механическом перемешивании / Д.Н. Бышов [и др.] // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2017. — № 12 (135). — С. 115-122. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=32358087

5. Павлов, В.В. Исследование процесса растворения загрязняющих примесей воскового сырья в воде при интенсивном механическом перемешивании / В.В. Павлов // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2017. № 4 (36). С. 126-132. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32205966

6. Нарядчиков, А.С. Применение электромагнитной энергии для обеззараживания воды в

животноводстве фермерских хозяйств/А.С. Нарядчиков, С.О. Фатьянов, А.С. Морозов //Научно-практические аспекты инновационного развития транспортных систем и инженерных сооружений. Материалы Международной студенческой научно-практической конференции. Министерство сельского хозяйства РФ, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева».Сб. науч. тр.-2020.- С. 183-187.URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42813628

7. Танабаев, А.С.Анализ методов защиты электродвигателей погружных насосов/ А.С. Танабаев, С.О. Фатьянов,А.С. Морозов //Материалы всероссийской национальной научно-практической конференции, посвящённой 80-летию со дня рождения профессора Анатолия Михайловича Лопатина. ФГБОУ ВО Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, Совет молодых ученых. Сб. науч. тр.-2020. — С. 208-213.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=42766839

8. Митрофанова, Е.И.Системы регулирования электропривода механизмов с вентиляторным моментом /Е.И. Митрофанова, А.С. Морозов, С.О. Фатьянов, М.А.Яковин // Комплексный подход к научно-техническому обеспечению сельского хозяйства. Материалы Международной научно-практической конференции (Международ-ныеБочкаревские чтения), посвященной памяти члена-корреспондента РАСХН и НАНКР, академика МАЭП и РАВН Бочкарева Я.В. Сб. науч. тр.-2019.- С. 133-137 URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=38171082

9. Пустовалов, А.П.Исследование энергоэффективности способов запуска асинхронных электродвигателей/ А.П. Пустовалов, С.О. Фатьянов, А.С. Морозов// Комплексный подход к научно-техническому обеспечению сельского хозяйства. Материалы Международной научно-практической конференции (Международные Бочкаревские чтения), посвященной памяти члена-корреспондента РАСХН и НАНКР, академика МАЭП и РАВН Бочкарева Я.В. Сб. науч. тр.-2019. — С. 191-194.URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38074041

10. Евдокимов, Д.М.Способы и технические средства для обеззараживания молока на фермах с использованием электрофизических методов /Д.М. Евдокимов,А.П. Пустовалов, С.О. Фатьянов, А.С. Морозов,И.И. Садовая //Тенденции инженерно-технологического развития агропромышленного комплекса. Материалы Национальной научно-практической конференции. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации; Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», Совет молодых учёных ФГБОУ ВО РГАТУ. Сб. науч. тр.-2019.- С. 52-56.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=41041444

11. Мисюрева, С.А.Применение энергоэффективных способов нагрева воды на молочнотоварных фермах / С.А. Мисюрева,С.О. Фатьянов, А.С. Морозов,И.И. Садовая//Приоритетные направле-

ния научно-технологического развития агропромышленного комплекса России. Материалы Национальной научно-практической конференции. Сб. науч. тр.- 2019. — С. 293-298.URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=37200430

12. Фатьянов, С.О. Анализ теплоэнерго-обеспечения процесса термообработки сои /С.О. Фатьянов,А.П. Пустовалов, А.С. Морозов, А.А.Ивушкин //Научно-инновационные технологии как фактор устойчивого развития отечественного агропромышленного комплекса. Материалы Национальной научно-практической конференции. Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева. Сб. науч. тр.-2019.- С. 250-254.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=42769475

13. Фатьянов, С.О.Исследование и анализ использования биогазовых установок в АПК /С.О. Фатьянов, С.В. Карловский // Научно-инновационные технологии как фактор устойчивого развития отечественного агропромышленного комплекса. Материалы Национальной научно-практической конференции. Рязанский государственный агро-технологический университет им. П.А. Костычева. Сб. науч. тр.-2019. — С. 254-258.URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=42769447

14. Фатьянов, С.О.Определение качественных показателей надежности устройства пофаз-но-импульсного управления электроприводом вентилятора / С.О. Фатьянов, А.С. Морозов,Е.И. Митрофанова //Вклад университетской аграрной науки в инновационное развитие агропромышленного комплекса. Материалы 70-й Международной научно-практической конференции.Сб. науч. тр.-2019. — С. 406-412.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=42769447

15. Мисюрева, С.А.Снижение энергопотребления при нагреве воды в коровнике /С.А. Мисюрева,А.С. Морозов , С.О. Фатьянов // Инновационное научно-образовательное обеспечение агропромышленного комплекса. материалы 69-ой Международной научно-практической конференции. Сб. науч. тр.-2018. -С. 276-279. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=36450651

16. Фатьянов, С.О. Снижение пиковых токов ёмкостных фильтров в выпрямителях переменного тока /С.О. Фатьянов, Н.Г. Кипарисов, П.Е. Кожин // Сборник по материалам 69-ой Международной научно-практической конференции — Инновационное научно-образовательное обеспечение агропромышленного комплекса. — 2018. — С. 357-360. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36441253

17. Морозов, А.С. Повышение эксплуатационной надежности асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве / А.С. Морозов, И.И. Садовая, С.О. Фатьянов // Сборник по материалам 68-ой Международной научно-практической конференции, посвященной Году экологии в России. Министерство сельского хозяйства российской федерации; ФГБОУВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева». — 2017. — С. 193-196. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=29957205

18. Копаев, С.А. Применение фильтровых за-

щит асинхронных электродвигателей сельскохозяйственного назначения / С.А. Капаев, А.С. Морозов, И.И. Садовая, С.О. Фатьянов // Сборник по материалам Национальной научно-практической конференции — Совершенствование системы подготовки и дополнительного профессионального образования кадров для агропромышленного комплекса. — 2017. — С. 89-93. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=32675727

19. Фатьянов, С.О. Априорное гарантирующее оценивание параметровпри проектировании алготитмов управления механическими объектами / С.О. Фатьянов, К.В. Миронова // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. — 2014. — № 3 (23). — С. 69-74. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=22855073

20. Фатьянов, С.О. Статистическая обработка результатов измерений электрических величин / С.О. Фатьянов, Д.И. Козлов, В.И. Мазанов // Материалы сборника международной научно-практической конференции — Научные приоритеты в АПК: инновационные достижения, проблемы, перспективы развития. — 2013. — С. 565-568. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=29057473

21. Фатьянов, С.О. Аппроксимация вольтам-перных характеристик нелинейных элементов в условиях неопределенности / С.О. Фатьянов // Материалы сборника научно-практической конференции «Инновационные направления и методы реализации научных исследований в АПК». -2012. — С. 77-80. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=18910228

22. Ильин, М.ЕАвтоматизированная система обработки экспериментальных данных при спектрометрическом анализе / М.Е. Ильин, А.И. Новиков, С.О. Фатьянов, Е.П. Чураков // Материалы конференции семинар по атомной спектроскопии

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— Ростов-Великий. — 1990. — С. 10. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=41454067

23. Фатьянов, С.О. О марковском подходе к задаче интерпретации результатов косвенных экспериментов / С.О. Фатьянов, Е.П. Чураков // Материалы III всесоюзная конференция «перспективные методы планирования и анализа экспериментов при исследовании случайных полей и процессов.

— 1988. — С. 38-39. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=41300249

24. Чурков, Е.П. О фильтрации марковских последовательностей в задаче интерпретации результатов косвенных экспериментов / Е.П. Чураков, С.О. Фатьянов // Межвузовский сборник научных трудов. Рязань — Математические методы управления и обработки данных. — 1988. С. 103-107. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41340949

25. Фатьянов, С.О. Перспективы использования активного вентилятора и СВЧ излучений при сушке сыпучих продуктов / С.О. Фатьянов [и др.] // Материалы Национальной научно-практической конференции — Приоритетные направления научно-технологического развития агропромышленного комплекса России. — 2019. — С. 466-471. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37211851

Kashirin Dmitriy Ye., doctor of technical sciences, associate professor, kadm76@mail.ru

Uspenskiy Ivan A., Dr. tech. Sci., Professor, ivan.uspensckij@yandex.ru

Yukhin Ivan A., Dr. tech. Sci., associate Professor, yuival@rambler.ru Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev

Machnev Aleksey V., doctor of technical sciences, associate professor, mgupp@mgupp.ru

Moscow State Food Production University

Bochkov Pavel E., post-graduate student, pav.bochkov@yandex.ru Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev

Problem and goal. The purpose of this study is to determine the amount of heat released and absorbed by the Peltier element of the TEK-12705 brand, which, due to its design features, has a special characteristic for the consumption of electrical energy, the dependencies of which must be determined. Methodology. To achieve the research goal and answer the research questions, an experimental study was conducted. The object of the study was the thermoelectric converter itself, for which conditions were created that allow us to observe the characteristics of the Peltier element in a closed thermodynamic system. The Peltier element is a thermoelectric converter, the principle of operation of which is based on the Peltier effect, namely, the occurrence of a temperature difference when an electric current flows. The work of the Peltier elements is based on the junction of two semiconductor materials with different levels of electron energy in the conduction band. When a current flows through the contact of such materials, the electron needs to acquire energy in order to move to a higher-energy conduction band of another semiconductor. When this energy is absorbed, the contact point of the semiconductors cools. Taking into account the compact overall dimensions of these elements (plates with a thickness of 3 to 7 mm), it can be concluded that these devices can be used in drying plants.

Results. The results of this study showed that when the temperature difference of the Peltier element of the TEK-12705 brand changes from 16.1 to 50.2 °C, the power consumed by it changes from 36.6 to 30.1 W, while the supply voltage is 11.2 V. The duration of operation should be determined experimentally, since the efficiency of the element depends on the efficiency of the heat sink.

Conclusion. As a result of the conducted research, the dependences were established, showing that the operation of the Peltier element in its characteristic is closest to a linear heating device, but only with prolonged operation and exceeding the operating temperature above the norm.

Key words: Peltier element, amount of heat, power consumption, power dissipation.

1. By’shov, D.N. Issledovanie gigroskopicheskix svojstvzagryaznitelej voskovogo sy’r’ya /D.N. By’shov, D.E. Kashirin, V.V. Pavlov//E’lektronny’jnauchnometodicheskijzhurnalOmskogo GAU, 2016. -Speczvy’pusk №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-gigroskopicheskih-svoystv-zagryazniteley-voskovogo-syrya/viewer

2. By’shov, D.N. Issledovanie granulometricheskogo sostava zagryaznennogo voskovogo sy’r’ya /D.N. By’shov, D.E. Kashirin, V.V. Pavlov // E’nergoe’ffektivny’e i resursosberegayushhie texnologii i sistemy’: sb. nauch. tr. — 2016. — S. 463-465. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26276106

3. By’shov, D.N. Issledovanie dispersionny’x svojstv pergi razlichnogo granulometricheskogo sostava / D.N. By’shov, D.E. Kashirin, V.V. Pavlov//Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotexnologicheskogo universiteta im. P.A. Kosty’cheva. — 2017. — № 1 (33). — S. 69-74. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29409333

4. By’shov, D.N. Issledovanie e’ffektivnosti ochistki voskovogo sy’r’ya v vode pri intensivnom mexanicheskomperemeshivanii/D.N. By’shov[i dr.]// Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. — 2017. — № 12 (135). — S. 115-122. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32358087

5. Pavlov, V.V. Issledovanie processa rastvoreniya zagryaznyayushhix primesej voskovogo sy’r’ya v vode pri intensivnom mexanicheskom peremeshivanii / V.V. Pavlov // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotexnologicheskogo universiteta im. P.A. Kosty’cheva. 2017. № 4 (36). S. 126-132. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=32205966

6. Naryadchikov, A.S. Primenenie e’lektromagnitnoj e’nergii dlya obezzarazhivaniya vody’ v zhivotnovodstve fermerskix xozyajstv/A.S. Naryadchikov, S.O. Fat’yanov, A.S. Morozov //Nauchno-prakticheskie aspekty’ innovacionnogo razvitiya transportny’x sistem i inzhenerny’x sooruzhenij. Materialy’ Mezhdunarodnoj studencheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ministerstvo sel’skogo xozyajstva RF, Federal’noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel’noe uchrezhdenie vy’sshego obrazovaniya «Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet imeni P. A. Kosty’cheva».Cb. nauch. tr.-2020.-S. 183-187.URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42813628

7. Tanabaev, A.S. Analiz metodov zashhity’ e’lektrodvigatelej pogruzhny’x nasosov/ A.S. Tanabaev, S.O. Fat’yanov,A.S. Morozov //Materialy’ vserossijskoj nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashhyonnoj 80-letiyu so dnya rozhdeniya professora Anatoliya Mixajlovicha Lopatina. FGBOU VO Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet im. P.A. Kosty’cheva, Sovet molody’x ucheny’x. Cb. nauch. tr.-2020. — S. 208-213.URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42766839

8. Mitrofanova, E.I.Sistemy’ regulirovaniya e’lektroprivoda mexanizmov s ventilyatorny’m momentom /E.I. Mitrofanova, A.S. Morozov, S.O. Fafyanov, M.A.Yakovin // Kompleksny’j podxod k nauchno-texnicheskomu obespecheniyu sel’skogo xozyajstva. Materialy’ Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Mezhdunarodny’eBochkarevskie chteniya), posvyashhennoj pamyati chlena-korrespondenta RASXNi NANKR, akademika MAE’Pi RAVN Bochkareva Ya.V. Cb. nauch. tr.-2019.-S. 133-137 URL: https:// www.elibrary. ru/item.asp?id=38171082

9. Pustovalov, A.P.Issledovanie e’nergoe’ffektivnosti sposobov zapuska asinxronny’x e’lektrodvigatelej/ A.P. Pustovalov, S.O. Fafyanov, A.S. Morozov// Kompleksny’j podxod k nauchno-texnicheskomu obespecheniyu sel’skogo xozyajstva. Materialy’ Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Mezhdunarodny’e Bochkarevskie chteniya), posvyashhennoj pamyati chlena-korrespondenta RASXN i NANKR, akademika MAE’P i RAVN Bochkareva Ya.V. Cb. nauch. tr.-2019. — S. 191-194.URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=38074041

10. Evdokimov, D.M.Sposoby’ i texnicheskie sredstva dlya obezzarazhivaniya moloka na fermax s ispol’zovaniem e’lektrofizicheskix metodov /D.M. Evdokimov,A.P. Pustovalov, S.O. Fat’yanov, A.S. Morozov,I.I. Sadovaya //Tendencii inzhenerno-texnologicheskogo razvitiya agropromy’shlennogo kompleksa. Materialy’ Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ministerstvo sel’skogo xozyajstva Rossijskoj Federacii; Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet imeni P.A. Kosty’cheva», Sovet molody’x uchyony’x FGBOU VO RGATU. Cb. nauch. tr.-2019.- S. 52-56.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=41041444

11. Misyureva, S.A.Primenenie e’nergoe’ffektivny’x sposobov nagreva vody’ na molochnotovarny’x fermax /S.A. Misyureva,S.O. Fat’yanov, A.S. Morozov,I.I. Sadovaya//Prioritetny’e napravleniya nauchno-texnologicheskogo razvitiya agropromy’shlennogo kompleksa Rossii. Materialy’ Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii.Cb. nauch. tr.-2019. — S. 293-298.URL:https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37200430

12. Fat’yanov, S.O. Analiz teploe’nergoobespecheniya processa termoobrabotki soi/

S.O. Fat’yanov,A.P. Pustovalov, A.S. Morozov, A.A.Ivushkin//Nauchno-innovacionny’e texnologiikak faktor ustojchivogo razvitiya otechestvennogo agropromy’shlennogo kompleksa. Materialy’ Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet im. P.A. Kosty’cheva. Cb. nauch. tr.-2019.- S. 250-254.URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42769475

13.Fat’yanov, S.O.Issledovanie i analiz ispol’zovaniya biogazovy’x ustanovok v APK /S.O. Fat’yanov, S.V. Karlovskij // Nauchno-innovacionny’e texnologii kak faktor ustojchivogo razvitiya otechestvennogo agropromy’shlennogo kompleksa. Materialy’ Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet im. P.A. Kosty’cheva. Cb. nauch. tr.-2019. — S. 254-258. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42769447

14.Fat’yanov, S.O.Opredelenie kachestvenny’x pokazatelej nadezhnosti ustrojstva pofazno-impul’snogo upravleniyae’lektroprivodomventilyatora/S.O. Fat’yanov, A.S. Morozov,E.I. Mitrofanova//Vkladuniversitetskoj agrarnoj nauki v innovacionnoe razvitie agropromy’shlennogo kompleksa. Materialy’ 70-j Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii.Cb. nauch. tr.- 2019. — S. 406-412.URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=42769447

15.Misyureva, S.A.Snizhenie e’nergopotrebleniya pri nagreve vody’ v korovnike /S.A. Misyureva,A.S. Morozov , S.O. Fat’yanov //Innovacionnoe nauchno-obrazovatel’noe obespechenie agropromy’shlennogo kompleksa. materialy’ 69-oj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Cb. nauch. tr.-2018. -S. 276279. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36450651

16.Fat’yanov, S.O. Snizheniepikovy’xtokovyomkostny’xfil’trovvvy’pryamitelyaxperemennogotoka/S.O. Fat’yanov, N.G. Kiparisov, P.E. Kozhin //Sbornik po materialam 69-oj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii — Innovacionnoe nauchno-obrazovatel’noe obespechenie agropromy’shlennogo kompleksa. -2018. — S. 357-360. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36441253

17.Morozov, A.S. Povy’shenie e’kspluatacionnoj nadezhnosti asinxronny’x e’lektrodvigatelej v sel’skom xozyajstve / A.S. Morozov, I.I. Sadovaya, S.O. Fat’yanov //Sbornik po materialam 68-oj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashhennoj Godu e’kologii v Rossii. Ministerstvo sel’skogo xozyajstva rossijskoj federacii; FGBOUVO «Ryazanskij gosudarstvenny’j agrotexnologicheskij universitet imeni P.A. Kosty’cheva». — 2017. — S. 193-196. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29957205

18.Kopaev, S.A. Primenenie fil’trovy’x zashhit asinxronny’x e’lektrodvigatelej sel’skoxozyajstvennogo naznacheniya / S.A. Kapaev, A.S. Morozov, I.I. Sadovaya, S.O. Fat’yanov // Sbornik po materialam Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii — Sovershenstvovanie sistemy’ podgotovki i dopolnitel’nogo professional’nogo obrazovaniya kadrov dlya agropromy’shlennogo kompleksa. — 2017. — S. 89-93. URL: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=32675727

19.Fat’yanov, S.O. Apriornoe garantiruyushhee ocenivanie parametrovpri proektirovanii algotitmov upravleniya mexanicheskimi ob»ektami / S.O. Fat’yanov, K.V. Mironova // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotexnologicheskogo universiteta im. P.A. Kosty’cheva. — 2014. — № 3 (23). — S. 69-74. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22855073

20.Fat’yanov, S.O. Statisticheskaya obrabotka rezul’tatov izmerenij e’lektricheskix velichin / S.O. Fat’yanov, D.I. Kozlov, V.I. Mazanov//Materialy’ sbornika mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii — Nauchny’e prioritety’ v APK: innovacionny’e dostizheniya, problemy’, perspektivy’ razvitiya. — 2013. — S.

565-568. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29057473

21.Fat’yanov, S.O. Approksimaciya vol’tamperny’x xarakteristik nelinejny’x e’lementov v usloviyax neopredelennosti/S.O. Fat’yanov//Materialy’ sbornika nauchno-prakticheskoj konferencii «Innovacionny’e napravleniya imetody’ realizaciinauchny’x issledovanij vAPK». — 2012. — S. 77-80. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=18910228

22.Il’in, M.EAvtomatizirovannaya sistema obrabotki e’ksperimental’ny’x danny’x pri spektrometricheskom analize /M.E. Il’in, A.I. Novikov, S.O. Fafyanov, E.P. Churakov//Materialy’ konferencii seminar po atomnoj spektroskopii — Rostov-Velikij. — 1990. — S. 10. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41454067

23.Fat’yanov, S.O. O markovskompodxode k zadache interpretaciirezul’tatovkosvenny’x e’ksperimentov / S.O. Fat’yanov, E.P. Churakov // Materialy’ III vsesoyuznaya konferenciya «perspektivny’e metody’ planirovaniya i analiza e’ksperimentov pri issledovanii sluchajny’x polej i processov. — 1988. — S. 38-39. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=41300249

24.Churkov, E.P. O fil’tracii markovskix posledovatel’nostej v zadache interpretacii rezul’tatov kosvenny’x e’ksperimentov /E.P. Churakov, S.O. Fat’yanov //Mezhvuzovskij sbornik nauchny’x trudov. Ryazan’ -Matematicheskie metody’ upravleniya i obrabotki danny’x. — 1988. S. 103-107. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=41340949

25.Fat’yanov, S.O. Perspektivy’ispol’zovaniya aktivnogo ventilyatoraiSVChizluchenijprisushke sy’puchix produktov/ S.O. Fat’yanov [i dr.]//Materialy’ Nacional’noj nauchno-prakticheskoj konferencii — Prioritetny’e napravleniya nauchno-texnologicheskogo razvitiya agropromy’shlennogo kompleksa Rossii. — 2019. — S. 466471. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37211851

К ВОПРОСУ О ПОВРЕЖДЕНИЯХ КАРТОФЕЛЯ ПРИ УБОРКЕ И ЗАКЛАДКЕ НА ХРАНЕНИЕ

КОЛОШЕИН Дмитрий Владимирович, канд. тех. наук, доцент кафедры строительства инженерных сооружений и механики, dkoloshein@mail.ru

ЦЫГАНОВ Николай Викторович аспирант кафедры строительства инженерных сооружений и механики, omega.slider@mail.ru

МАСЛОВА Лилия Александровна, старший преподаватель кафедры строительства инженерных сооружений и механики,maslovala@bk.ru

КУЛЬКОВ Сергей Николаевич, аспирант кафедры строительства инженерных сооружений и механики, sisim62@mail.ru

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева,

Проблема и цель. Целью проводимого исследования является снижение механических повреждений в процессе погрузки, перевозки клубней и закладке картофеля на хранение.

Методология. Повреждения клубней влияют на лежкость картофеля при хранении. Для достижения цели исследования были определены в соответствии со стандартами предельно допустимые значения энергии удара и высоты падения клубней. Анализ факторов, влияющих на появление повреждений клубней картофеля, позволил группе авторов предложить классификацию основных факторов. Дальнейший анализ показал, что факторы или причины, влияющие на появление повреждений у клубней картофеля, делятся на несколько основных видов. Биологический фактор возникновения повреждений клубней картофеля, как показывает практика, можно минимизировать за счет районирования сортов картофеля (использование наиболее пригодных сортов картофеля для машинной уборки) и соблюдения технологии уборки урожая. Технический фактор в первую очередь зависит от конструктивных особенностей картофелеуборочной техники.

Результаты. Проведенные исследования позволили уточнить причины механических повреждений клубней, получаемых при закладке на хранение картофеля в контейнеры. Были определены также размерно-массовые характеристики сорта картофеля «Гала»

Заключение. По итогам проведенных исследований было определено, что при загрузке контейнеров и хранении картофеля, а также с целью снижения повреждений клубней необходимо применять различные типы гасителей ударной нагрузки. Самым простым гасителем будут являться ремни из прорезиненной ткани, с креплением по краям контейнера.

Ключевые слова: картофель, хранение, потери, сохранность, микроклимат, механические повреждения.

© Колошеин Д. В., Цыганов Н. В.,Маслова Л. А., Кульков С. Н., 2021 г

Элементы Пельтье или мой путь к криогенным температурам

Многие слышали про «магические» элементы Пельтье — при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая — нагревается. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей — есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё — КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями, так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Краткая теория

Классические «китайские» элементы Пельтье — это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3. Соответственно, если рабочее напряжение 12В — то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье — это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В — у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) — ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Количество перенесенного тепла пропорционально току. Но помимо этого есть паразитный нагрев от протекания тока, и паразитная теплопроводность — все это делает элемент Пельтье хоть сколько-то эффективным в очень узких условиях.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С — перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице — 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию — нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С — так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется — то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие — как керамика, так и сами охлаждающие элементы — я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:

Пробуем

Итак, маленький элемент — 5В*2А, большой — 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея — вынести все на морозный воздух, но есть проблема — кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам — к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях — добавим килограммовую медную пластину — тепловой аккумулятор.

Результат шокирующий — те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха — -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.

Выкатываем тяжелую артиллерию

Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда — подключаем ток — на 12В температура моментально начинает расти, при 5В — падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты…

Выводы и видео на сладкое

Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах — я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов — поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом — получится жидкий азот для «бедных» — в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей — получить обморожение существенно легче.

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

Элемент Пельтье, как генератор альтернативной электрической энергии

Капориков А.А. 1
1 Филиал МАГУ в г. Кировске
Работа в формате PDF

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Часто приходится снабжать удаленные объекты дорогой электроэнергией в виде дизельных и бензиновых генераторов, что достаточно затратно, поэтому возникает вопрос экономии, и возможные пути решения данного осложнения. Объектом исследования для решения этой проблемы был взят альтернативный источник генерация электроэнергии с помощью термоэлектрического преобразователя на основе элемента Пельтье (ЭП). Принцип действия, которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока. В основе работы ЭП (рис. 1) лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. По мере поглощения этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. А во время протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта, дополнительно к обычному тепловому эффекту. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Рис. 1 Строение элемента Пельтье

Достоинствами элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие шума, каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При смене направления тока возможно, как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже установленного порога.

Недостатком ЭП является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы ЭП и продлит срок его службы.

Т.к. работа элемента Пельтье основывается на разности температур, то одним из перспективных мест для применения будут являться регионы с холодным климатом. На данных местностях для комфортной жизнедеятельности человека, как правило, имеется система отопления помещений, а, следовательно, создается необходимая разность температур. Снаружи температура может опускаться ниже 20 градусов по Цельсию, но в помещение она должна оставаться комфортной для человека. Из этого положения можно извлечь выгоду, поместив на стыке разности температур элементы Пельтье. За счет этого можно значительно снизить энергозатраты в холодное время года, получая и при необходимости запасая электроэнергию.

Но элемент Пельтье не обязательно использовать в зонах с холодным климатом, его так же можно применить в областях с гидротермальными источниками, где стык температур будет появляться от горячей воды с одной стороны и охлаждающим радиатором, с другой стороны (рис.2). За счет этой разницы можно получить неплохой запас мощности, которую можно использовать, например, для питания оборудования, эксплуатируемого для изучения этих самых источников

Рис.2 Применения элемента Пельтье в геотермической зоне

Другим местом установки автономного генератора на основе элемента Пельтье, могут быть регионы с теплым или жарким климатом, где одна сторона будет повернута к источнику тепла, например, к Солнцу, а вторая помещена в землю, с естественным или принудительным охлаждением (рис.3). Одним из примеров такого расположение может являться погреб. Также эти элементы очень удобны во время походов, так как за их счет можно зарядить смартфон на энергии костра или запитать фонарик с помощью тепла организма.

Рис.3 Элемент Пельтье в погребе

Из выше перечисленных аргументов возникает вопрос внедрения автономных генераторов электрической энергии на основе элемента Пельтье точечно в выгодные области применения. Но на данный момент их производство не сильно развито из-за нехватки большого количества потребителей, и поэтому ЭП имеют большую стоимость. Средняя цена за 1 ячейку, стандартного размера 40 x 40 мм, составляет 80 рублей. Но как только данным генератором заинтересуется мировое сообщество, а именно выгодоприобретатели в качестве инвесторов, их производство начнет развиваться, а цена уменьшаться, и в дальнейшем появиться разнообразные размеры ячеек.

На сегодняшний день реализуемо и выгодно использовать данный элемент в качестве компактных и переносных генераторов малой мощности. Рассмотрим мобильные устройства на основе элементов Пельтье. А именно переносное зарядное устройство для телефона и других мобильных устройств. Чем больше будет перепад температур между телом человека и окружающей средой, тем выше будет эффективность ЭП и тем меньше понадобиться элементов-ячеек, но для максимально КПД необходим перепад температур в 100 градусов по Цельсию, а один стандартный элемент-ячейка при таких условиях вырабатывает 5 В и 2 Вт мощности на холостом ходе, но при нагрузке мощность и напряжение сокращаются вдвое, из-за низкого коэффициента полезного действия. Т.к. элементы Пельтье довольно компактные их можно встроить в неподвижные области штанов, куртки и обуви. В итоге одна сторона будет нагреваться от тепла, вырабатываемым человеком, другая охлаждаться от окружающей среды. А для зарядки смартфона необходимо не менее 12 В, т.е. около шести элементов Пельтье. Средняя цена на элемент Пельтье составляет 100 рублей, итоговая стоимость составит 600 рублей, это дешевле обычных переносных зарядных устройств, которые ещё нужно зарядить перед использованием.

Следующим примером, который несложно реализуем, является установка для источника энергии в походе, как зимой, так и летом, от которой можно заряжать различные маломощные потребители, такие как телефоны, фонарики, холодильники на элементе Пельтье, а также запасать электроэнергию в аккумуляторы. Если вырабатывать энергию летом, то эффективным временным промежутком является ночное время суток, т.к. температура опускается до 10-15 градусов, от этого будет питаться сторона с меньшей температурой, а другая нагреваться от костра, который необходим для обогрева экспедиции. Другой, и более эффективный вариант, это использование данного генератора в зимний период, т.к. возможная разница температур будет существенно больше. Одна часть будет соприкасаться с костром, другая с емкостью для снега, к которой прикрепляются радиаторы с вентиляторами. Чтобы выработать мощность в 24 Вт, потребуется около 12 ЭП, кулер на 5,4 Вт, 2 алюминиевых радиатора, термопаста, умножитель напряжения, если потребуется запитать потребители с большим напряжением напряжению, и сама печка из нержавеющей стали. Экономически расчет показывает выгодность данного походного устройства, 12 элементов Пельтье за 1200 рублей (при оптовой закупке будет дешевле), кулер – 800 рублей, термопаста 600 рублей, 2 алюминиевых радиатора по 300 рублей, а для умножителя напряжения потребуется 4 диода и 4 конденсатора общей стоимостью 300 рублей. Итого 3500 рублей за походный автономный источник электроэнергии на элементах Пельтье. (рис.5). Он не занимает много места, поэтому очень удобен в походах и экспедициях. Если одного генератора будет недостаточно, есть два пути решения: — добавить ещё один генератор; — улучшить схему умножителя напряжения посредством добавления диодов и конденсаторов.

Рис. 4 Переносной генератор Пельтье

Но одним из самых эффективных и логических способов использования ЭП, является внедрение его в удаленные метеостанции, которые расположены по всему земному шару. Будь это холодный климат, где данный генератор будет намного эффективнее, либо же в областях, где температура окружающей среды не опускается ниже 15 градусов по Цельсию. Один из примеров такого использования будут являться метеостанции и другие объекты, находящиеся в Арктической зоне. Т.к. в наши дни значение Арктики многократно возрастает. Она становится местом самого пристального внимания стран и народов в качестве региона, от самочувствия которого во многом зависит климат планеты, и в качестве сокровищницы уникальной природы, и, как территория с колоссальными экономическими возможностями, с огромным экономическим потенциалом.

Экономическая часть

Объектом исследования была выбрана метеостанция в Арктической зоне.

Для наблюдения за изменениями климата исследователю (человеку) необходимо жильё с комфортными условиями жизни, а именно: отопление и электричество. Необходимая мощность 12 кВт, включающая в себя:

Персональные компьютеры для обработки данных, полученных в результате наблюдения — 800Вт

Холодильник 200 Вт

Прожектор для ночного освещения — 300 Вт

Микроволновая печь СВЧ — 1500 Вт

Обогреватель — 1500 Вт

Электрочайник — 1500 Вт

Стиральная машина — 3000 Вт

Электроплита (2 конфорки) — 4000 Вт

Для обеспечения энергией понадобится бензиновые генератор Robin-Subaru (Россия) EB 12.0/230-SLE. Его цена составляет 213 тысяч рублей.

Производитель: Robin-Subaru ( Россия);

Мощность: 12 кВт\12кВА;

Напряжение: 230 В;

Коэффициент мощности: 1 (сos φ);

Коэффициент фаз: 1;

Вид топлива: бензин;

Расход топлива при нагрузке 75%: 3,8 литра;

Ёмкость топливного бака: 26 литров;

Уровень шума: 74 Дб;

Преимущества генератора Robin-Subaru:

Низкая цепа (в сравнении с другими генераторами мощностью 12 кВт).

Расход генератора в час будет составлять 169,1 рубль (при нынешней цене на бензин 44,50 р за литр). Учитывая, что генератор расходует полный бак за день, можно сделать вывод , что затраты на день составят 1157 рублей.

При установке элементов Пельтье на такую же мощность, нам понадобится 6000 штук, которые будут стоить около 550000 рублей (цена указана при поштучной покупке, оптом будет дешевле). Элементы Пельтье не требуют дополнительных расходов для производства энергии, они экологичны и бесшумны. Период самоокупаемости начнётся меньше чем через год, т.к. заправлять генератор необходимо каждый день, в течении года необходимо затратить 420 тысяч, это без учёта цены на доставку бензина. И в итоге за год с генератором расход составит 633 тысячи, при элементах Пельтье 650 тысяч.

Сложностью электроснабжения объектов в Арктической зоне является отсутствие традиционных источников электрической энергии, поэтому на данный момент их замещают с помощью мобильных генераторов и электростанций, побочным эффектом которых является дорогая стоимость электроэнергии.

Рис.5 Установка ЭП в зонах Арктики и Крайнего Севера

Этот недостаток можно значительно уменьшить за счет внедрения автономных генераторов Пельтье, которые будут устанавливаться на стыке температур, в данном случае это будут стены сооружений, снаружи которых будет значительно ниже 0 градусов по Цельсию, а внутри значительно выше 0. А полученную электроэнергию для стабилизации запасать в аккумуляторные батареи (рис.4).

Таким образом, на данный момент использование элемента Пельтье экономически целесообразно только в условиях, где можно получить большой перепад температур, не приводя к дополнительным расходам. В таких зонах как Арктики, Антарктики и регионы Крайнего Севера. Либо в качестве мобильного маломощного электрогенератора, когда нужно получить электрическую энергию, не затратив на это больших ресурсов, и не имея громоздких конструкций.

Список литературы:

Арктика и Антарктика. Вып. 3 (37) / РАН, Науч. совет по изучению Арктики и Антарктики : отв. ред. В. М. Котляков. — М. : Наука, 2004. — 247 с.

Физика твердого тела Учеб. пос. / А. А. Василевский – М.: Дрофа, 2010. – 206 с.

Теория твердого тела / О.Г. Медалунг. – М.: Наука, 1980. – 418 с.

Как повысить мощность автохолодильника?

Итак, товарищи, прошу вашей помощи.
Имеем вот такой автохолодильник: avtozvuk.ua/info/41128
Есть желание увеличить его «хладопроизводительность». Внутри стоит один элемент Пельтье TEC1-12705 (lib.chipdip.ru/053/DOC000053443.pdf). Как посоветуете поступить? Поставить еще такой же (или такого же размера, но мощнее 12706/12708)? Или поставить дополнительно больший по площади и мощности 12715? Или не один, а, например, добавить еще 2-3? И вообще, какую «конфигурацию» элементов рациональнее использовать?
Правильно ли я понимаю, что чем сильнее мы охладим «горячую» сторону «рабочего» элемента, тем холоднее будет «холодная» сторона?
Заранее спасибо!)

1 декабря 2014
Поделиться:

Комментарии 48

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы писать комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждении.

Я езжу на Mitsubishi Pajero Sport (2G)

Mishka1984, вы совершенно правы: чем сильнее мы охладим горячую сторону, тем холоднее будет холодная сторона. Я, например, на ребра внешнего радиатора под вентилятор намотал х/б узкую киперную ленту, свободный конец которой пропустил через кембрик в стакан с водой. Кембрик нужен для предотвращения испарения воды по пути к радиатору, а уровень воды должен быть выше поверхности радиатора. При внешней температуре выше 30 градусов в холодильнике за ночь температура понижается до отрицательных значений ( на радиаторе холодной стороны образуется иней ).
Удачи. Юрий.

Спасибо) Два года уж прошло, энтузиазм как-то пропал. Хотя впереди лето, может еще поколдую что-нибудь)

Тема подзабыта, освежу. Есть термохолодильник Mystery. пользуюсь уже более 4-х лет. В принципе все устраивало, но во время последней поездки перестал холодить. Вскрытие показало, что умер элемент Пельтье ТЕС1-12705. Что бы добраться до элемента надо было снять радиаторы (их два- сверху (большой) и снизу (по меньше)). Сам элемент вроде прозванивается (КЗ нет), даже вроде меняется напруга при нагреве от пальцев, но если подавать 12 в непосредственно на него, то ни чего не происходит — не греется, не охлаждается. Заказал на Alie на замену за копейки. Но проблема в том, что когда снимал, не обратил внимание какой стороной куда стоял. Ясно, что вроде ни чего страшного, можно ставить любой, а потом, если не угадаю, переполюсовать питание на него. Но на нижнем радиаторе стоит термостат на 75 градусов, я так думаю, что термостат стоит на той стороне, что нагревается, на это и надо ориентироваться. Или я не прав?

Расскажи, что это за разделение такое?

Без машины

В теории, доработать увеличением элементов можно.
Там еще прикол с разделением элементов, через пенопласт. С помощью тепловых трубок. У моего холодильника так.
Но доработать его точно не получиться, корпус сильно ограничен. Да и ток будет непомерный. У моего 4 ампера.

Несуществующий пользователь
Без машины

Я не совсем в теме, но насколько я понял о элементах пельтье, то они вырабатывают электричество за счёт разницы температур, т.е. чем больше разница, тем больше тока (значит для получения электричества одну сторону охладить, а вторую нагреть). Это про вопрос охлаждения сторон. Как с обратной реакцией — не скажу. А не подскажете эл.схему вашего холодильника (как работает)? Извините, если коммент бесполезен.

Элемент Пельтье и в обратную сторону работает: при подаче на него наряжения одна сторона охлаждается, другая нагревается. Элемент зажат между радиаторами: с одного вентилятором гонится холод в камеру, с другого тепло в атмосферу. Кстати, при смене полярности стороны «меняются местами»: внутрь холодильника будет нагнетаться тепло.
Схемы там как таковой нет: тумблер смены полярности да блок питания (холодильник может от 220 работать). А так тупо + и- с АКБ на элемент.

Пардон. Ты хочешь сказать панель работает от12 аккомулятора и 220

От 12 В. А внутри еще преобразователь (блок питания) стоит.

простите, а вариант «заморозить бутыль воды и кинуть внутрь» не рассматривается ?

Перечитайте камменты внимательно. Так и делаю.
Да и вопрос не «как холодную водичку довезти», а «как улучшить холодильник»…

есть мнение, что бутылку со льдом можно использовать не только как питьевую ёмкость, но и как т.н. «аккумулятор холода».

Еще раз напишу: 5 бутылок по 0,5 ночь лежат в морозилке. Затем кладутся в холодильник, холодильник в багажник. Через 30 часов езды на жаре летом все эти бутылки чуть прохладные, но не холодные. Меня это не совсем устраивает…

У меня обычная термосумка с батареями. На день хватает.

В продаже имеются автомобильные морозильники до -18*C. Цена вопроса ~10000 рублей. Производство Италия.
Эт не реклама, электрикой лучше не баловаться. Сосед баловался, авто ночью сгорела до тла.

Спасибо, конечно, но за 10000 я из багажника термос сделаю)

Покупали по работе, вещь просто классная

Я сделал со своим холодильником легкую модернизацию. В результате температура внутри стала ниже на 2 градуса при неизменной температуре снаружи. Вместо элемента пельтье 65Вт я поставил 108Вт. В итоге вилка в прикуриватель расплавилась. В Mitsubishi Pajero с двумя аккумуляторами общей емкостью где-то 169 А*ч 3 часа работы холодильника заметно не разряжали АКБ — заводился без проблем.

Странно, что никто об этом не подумал, но… прежде чем наращивать количество элементов советую обратить внимание на подсчет количества потребляемой мощности, элементы прожорливые шибко. Ваш 12706 жрет около 72 ватт, что больше одной фары головного света. Предложенный ниже 12715 жрет 136 Ватт, что уже равно двум фарам. Если вы сделаете бутерброд, то не подохнет ли ваш аккумулятор прежде чем остынет холодильник. Т.е. желательно использовать при езде(работающем генераторе), и позаботится о нужном сечении проводов и безопасности, а также здоровье генератора, чтобы его хватило не только на нужды такого бутерброда из элементов, но и на нужды самого автомобиля. Вот и думайте, что делать. )

Это вопрос из другой области. Надо решить что делать с холодильником, а потом решим и как его запитать.

когда то баловался с этими элементами.впринципе да чем сильнее охладишь горячую сторону тем сильнее охладится холодная. как вариант ставь бутерброд из 2 элементов в конфигурации х-гх-г тоесть один элемент охлаждает второй но перед этим рекомендую заняться герметизацией бокса и заменой его наполнителя.

Тоже об этом подумал, но пока не залез во внутрь еще.

как вариант можно электрику не трогать. разберись с теплоизоляцией ящика и внутрь пару аккумуляторов холода. температуру должно сбить градуса на 3-4. я думаю имеющегося охладителя хватит для поддержания температуры

Это параллельный электрике этап. Подходить к вопросу будем комплексно))

Не получится на пельтье. Хоть сколько ставь, все равно разница температур снаружи и внутри будет 10-15 градусов. Увеличив кол-во модулей или их мощность ты выиграешь только во времени достижения этой разницы.

Обоснуй? Почему так?

Ты спросил, я ответил. Разжевывать и обосновывать мне времени нет. Вики тебе в помощь. Если ты из тех, кто на своих ошибках учится, то вперед закупаться элементами п., вентиляторами, радиаторами. Но один фиг, ничего у тебя не выйдет.

Ок, но ты больше время-то не трать. До вики я как-нибудь без тебя доберусь.

Мне кажется надо взять элемент побольше ru.aliexpress.com/item/1p…15-4V-15A/1949920543.html и увеличить площадь обдува

Т.е. использовать один элемент? Почему не «стопку»?

если площадь позволит то можно и больше, а стопку один на другой имелось ввиду?

Ну да, многие их так используют.

тогда так и делать, а что если еще по 2м бокам расположить по одному слабому элементу? Энергопотребление возрастет, но тем не менее холодить будет нормально

Попробую… Пока займусь механикой камеры))

Без машины

Через термопасту попробуй закрепить, на горячей стороне радиатор поставь, попробуй еще вентилятор закрепить. В авто напряжение какое?

Радиаторы есть, стоят на термопасте, вентилятор есть и закреплен, в машине 12 вольт, как у всех. Мало!) Минералка из морозилки через 30 часов слегка прохладная…

Где-то вычитал, что для эффективной работы «стопки» элементов, отдавать холод должен меньший по площади, а его должны охлаждать бОльшие элементы. Так вот площадь ЧЕГО увеличивать?

Несуществующий пользователь
Без машины

Поставь с горячей стороны пластины радиатор с обдувом — холодная станет холодней. если этого будет недостаточно, нужно увеличить мощность элемента.

С горячей стороны стоит радиатор 120х90 с обдувом. С холодной тоже есть, но меньше, и тоже обдувается. Хочу большего!))
Увеличить мощность и оставить ОДИН элемент, или добавлять элементы? Вот в чем вопрос)

Несуществующий пользователь
Без машины

Тогда лучше увеличить число элементов, чем мощность — площадь обдува будет больше.

Поставить два рядом не получится, только «стопкой».

Несуществующий пользователь
Без машины

стопкой смысла нет — это эквивалент элемента бОльшей мощности.

А вообще, разница температур горячей и холодной стороны — величина постоянная для конкретного элемента или нет?

Несуществующий пользователь
Без машины

Теоритически — по закону сохранения энергии минус кпд модуля пельтье. НО главное не забывать, что охлаждение это отбор тепла. Чем быстрее и полнее забрать тепло, тем ниже температура.

С горячей стороны стоит радиатор 120х90 с обдувом. С холодной тоже есть, но меньше, и тоже обдувается. Хочу большего!))
Увеличить мощность и оставить ОДИН элемент, или добавлять элементы? Вот в чем вопрос)

Да уж. Я заказал понельки 06 . нашел пенопластовый толстый короб под холодильник. Хотел слепить холодильник в авто. Но как получил стал проверять на батарее от шурика и стало смешно. Греется моментально, достал кусок замороженного мяса и преложил панель. Чем плотнее всей плоскостью панели я прекладывал к ровному месту холодного мяса, тем сильнее охлаждалася другая сторона панели. Вывод: создайте максимальное охлаждение горячей стороны панели, за счёт хорошего радиатора часто рёберного и мощного производительного вентилятора. Лепить бутерброды из панелей не стоит- чем больше панель тем сильнее её надо охлаждать в итоге напруги на бутерброд надо будет немеренно. Не вижу смысла. Залезьте в ютуб посмотрите ролики и делайте выводы. Будем эксперементировать. Пишите что у кого получилось и мы сломаем эту идею или головы. Всем спасибо.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *