Автохолодильники на элементах Пельтье используются в летний период на отдыхе, там, где имеется постоянное напряжение питания 12 В: в автомобиле, катере, яхте и т.п. Но эти устройства, несмотря на свою простоту, иногда выходят из строя. Несколько раз приходилось ремонтировать подобные холодильники автору этих строк. В настоящей статье для домашних умельцев приведена полезная информация, которая необходима для ремонта этих устройств.
Автомобильный холодильник «Термия» GSA-001В производства ПАО «Маяк», г. Винница, выполнен в виде пластмассового термоса-контейнера с убирающейся ручкой для переноски и крышкой, в которую помещена вся механика с электроникой устройства. Холодильник легко помещается в багажный отсек автомобиля. В крышку корпуса встроены элемент Пельтье, все элементы системы управления режимом
работы холодильника и электронный термометр, а встроенный вентилятор обеспечивает постоянный эффект стабильной температуры.
GSA-001В может работать не только как холодильник, но и как подогреватель. Он имеет два режима работы:
- в режиме «Охлаждение» он позволяет поддерживать температуру до 15°С ниже температуры окружающей среды;
- в режиме «Нагрев» он поддерживает температуру внутри корпуса аппарата на уровне 56°С.
Этот холодильник отличается простотой конструкции, высокой надежностью, экологической безопасностью, не содержит фреона. Холодильник работает от бортовой сети автомобиля (через розетку прикуривателя) как во время движения автомобиля, так и во время стоянки. Он может работать также от сети переменного тока 220…230 В/50 Гц. Холодильник укомплектован двумя шнурами питания (со стандартной вилкой и штекером для прикуривателя) и автоматическим защитным устройством М-50к-12 (см. [1]), которое контролирует предельно допустимую разрядку аккумуляторной батареи 11,6 В.
Основные параметры и характеристики холодильника «Термия» GSA-001В:
- объем холодильной камеры 25 л;
- охлаждение ниже температуры окружающей среды на 15°С;
- номинальная мощность 52 Вт;
- напряжение питания =12 В/~220 В;
- класс защиты II;
- габаритные размеры 325x216x260 мм;
- вес 4 кг.
Особенности конструкции
Основой холодильника служит, так называемый, элемент Пельтье типа ТЕС1-12706 (ТЕС от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель). Его работа основана на эффекте Пельтье, который был открыт еще в 1834 г.
Эффект Пельтье — это термоэлектрическое явление, которое возникает при пропускании электрического тока через контакт (спай) двух различных проводников или полупроводников. На этом контакте (спае), помимо джоулева тепла, происходит выделение дополнительного тепла при одном направлении тока и его поглощение при обратном направлении. Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.
Элемент Пельтье ТЕС1-12706 (рис.1) представляет собой «сэндвич» толщиной 3,8 мм из двух плоских керамических пластин размерами 40×40 мм, между которыми находится множество чередующихся последовательно соединенных полупроводниковых элементов типов «n» и «р» (рис.2).
Рис. 1
При прохождении постоянного тока через такое соединение одна сторона р-n контактов (одна керамическая пластина) будет нагреваться, а другая, наоборот, охлаждаться.
Рис. 2
Если изменить направление тока через элемент Пельтье, то та керамическая пластина, которая до этого нагревалась, будет охлаждаться, а та, что охлаждалась, начнет нагреваться Элемент Пельтье ТЕС1-12706 (китайского производства) имеет следующие параметры:
- напряжение питания постоянное 3,7… 16 В (чем выше напряжение, тем лучше эффект);
- номинальное напряжение питания 12 В;
- максимальный ток при напряжении 12 В составляет 4,5 А;
- мощность 50…60 Вт;
- максимальная разница температур более 66°С.
ТЕС1-12706 имеет два гибких вывода из проводов красного и черного цвета. Если подать «+» источника питания на красный провод, а «-» на черный, то охлаждаться будет сторона элемента, на которую нанесена надпись «ТЕС1-12706», а противоположная будет нагреваться. При изменении полярности напряжения, подписанная сторона будет греться, а противоположная охлаждаться.
Как было отмечено выше, весь холодильник собран в съемной крышке. Там же на двух радиаторах расположен элемент Пельтье. Два радиатора нужны для отвода (подачи) тепла от сторон элемента Пельтье. Устройство содержит два вентилируемых канала, которые условно назовем внутренним и внешним. Они обеспечивают обдув соответствующих радиаторов для ускорения и улучшения теплообмена. Внутренним каналом будем называть канал обдува радиатора, который обеспечивает необходимую температуру внутри прибора, а внешним каналом — канал, обеспечивающий теплообмен второго радиатора и внешней среды.
На рис. 3 показана съемная крышка холодильника с нижней стороны. На этом рисунке хорошо виден внутренний радиатор и канал обдува этого радиатора со снятыми крышками, а также датчик температуры. Замечу, что крышка внутреннего канала крепится в устройстве с помощью 13-ти защелок, которые при снятии этой крышки открываются с помощью плоской отвертки. На рис. 3 показаны элементы только одной из этих защелок.
Рис. 3
Для «вскрытия» крышки холодильника необходимо открутить два винта-самореза вверху крышки (рис.3), раскрыть ряд защелок сбоку по периметру крышки. Резиновый уплотнитель (рис.3) трогать и, тем более, отдирать не следует. Он обеспечивает герметичность конструкции, выбирая мельчайшие щели между корпусом и крышкой холодильника, и к разборке устройства отношения не имеет.
Раскрытая крышка холодильника — рис.4. На этом рисунке показан второй радиатор аппарата и канал его обдува. Я умышленно не пользуюсь термином «охлаждение», так как, работая в режиме «Охлаждение», этот радиатор действительно будет нагреваться, и принудительный обдув будет его охлаждать, а работая, как подогреватель (режим «Нагрев»), он будет охлаждаться, и обдув будет повышать его температуру.
Рис. 4
Весьма интересен способ установки элемента Пельтье на радиаторы. На рис.3 и рис.4 этот элемент не виден — только радиаторы.
На эскизе рис. 5 показано, как установлен элемент Пельтье на радиаторах в холодильнике GSA-001 В. Нижний радиатор обдувается вентилятором и определяет температуру внутри аппарата, а верхний, который также обдувается вентилятором, и «греет» (или «охлаждает») окружающую среду.
Рис. 5
Одна из сторон элемента через слой термопасты КПТ-8 соединена непосредственно с верхним радиатором. Вторая сторона этого элемента «сидит» на нижнем радиаторе через алюминиевый переходник, который необходим для того, чтобы разнести холодный и горячий радиаторы на определенное расстояние для уменьшения теплообмена между ними. С этой же целью между радиаторами уложена теплоизоляция из пенопласта. Естественно, между алюминиевым переходником элементом Пельтье и нижним радиатором проложены слои термопасты КПТ-8.
Весь этот «бутерброд» скреплен двумя винтами М4 через изоляционные пластмассовые втулки. Головки этих винтов видны на рис. 3 со стороны внутреннего радиатора. Для уменьшения теплообмена между внешним радиатором и внутренним каналом, головки винтов (во втулках) покрыты толстым слоем силиконового герметика.
На переходнике установлен термостат (термореле) типа KSD301, нормально замкнутые контакты которого размыкаются при достижении температуры +85°С. Это обеспечивает ограничение температуры внутри прибора в режиме «Нагрев».
Замечу, что обдув радиаторов обеспечивается одним вентилятором с двумя крыльчатками, двигатель которого размещен в пространстве между внешним и внутренним каналами обдува (внутри пенопластовой теплоизоляции).
На рис. 4 несложно заметить три печатные платы:
- управления;
- электронного термометра;
- сетевого блока питания.
К сожалению, холодильник, как это принято последние 15-20 лет, не укомплектован принципиальной схемой. Нет никакой технической информации, за исключением «Инструкции пользователя», об этом холодильнике и в сети Интернет. Поэтому принципиальные схемы этого аппарата в целом и печатных плат, в него входящих, автору пришлось восстанавливать по монтажу.
На рис. 6 показана общая принципиальная схема автомобильного холодильника «Термия» GSA-001В, на которой платы электронного термометра и сетевого блока питания показаны в виде прямоугольников. Об этих узлах будет рассказано отдельно.
Рис. 6
Остановимся на схеме рис. 6 подробнее.
Назначение деталей:
- Х1 — сетевой разъем;
- Х2 — разъем кабеля от бортовой сети автомобиля 12 В;
- S1 — выключатель-переключатель напряжения сети;
- S2 — выключатель-переключатель режимов «Охлаждение-Нагрев»;
- HL1 — красный светодиод-индикатор режима «Нагрев»;
- HL2 — зеленый светодиод-индикатор режима «Охлаждение»;
- R1, R2 — ограничивающие резисторы;
- М1 — двигатель вентилятора;
- D1-D4 — диодный мост — коммутатор напряжения питания двигателя вентилятора;
- SK1 — термостат (термореле) KSD301 +85‘С;
- ЕК1 — элемент Пельтье типа ТЕС1-12706.
При включении холодильника с помощью переключателя S1 (рис.6) и выключенном S2 (положение OFF) будет включен только термометр, показывающий температуру внутри холодильника.
Выключатель-переключатель S2 при переключении режимов «Охлаждение-Нагрев» меняет полярность напряжения питания на элементе Пельтье. При этом меняется полярность напряжения на светодиодах HL1 и HL2, засвечивая тот из них, который смещен в прямом направлении. Чтобы при переключении режимов не менялось направление вращения крыльчаток вентилятора, надо сохранить при этом полярность напряжения питания двигателя вентилятора М1. Поэтому напряжение питания поступает на двигатель вентилятора через диодный мост D1-D4. Заметим, что независимо от полярности напряжения на входе моста, на его выходе полярность напряжения, используемого для питания М1, будет неизменной.
Размещение на передней панели холодильника выключателей-переключателей S1 и S2, индикаторов режимов и семисегментного индикатора термометра показано на рис.7.
