Автохолодильник «Термия» GSA-001B, устройство, схема и ремонт

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.

Caractéristiques de conception

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 (Figure 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» (Figure 2).

При про­хождении постоянного тока через такое соединение одна сторона р-n контактов (одна керамическая пластина) будет нагреваться, а другая, наоборот, охлаждаться.

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.

De Figure. 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 fig. 3 показаны элементы только одной из этих защелок.

Для «вскрытия» крышки холодильника необхо­димо открутить два винта-самореза вверху крышки (Figure 3), раскрыть ряд защелок сбоку по пери­метру крышки. Резиновый уплотнитель (Figure 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 — Figure 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.

Весьма интересен способ установки элемента Пельтье на радиаторы. На Figure 3 et Figure 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.

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 Figure. 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).

De Figure. 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.

De 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.

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 (Figure 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 Figure 7.