Модуль вентиляторов что осуществляют

Термоэлектрические модули в системах охлаждения компьютера,

проблемы применения

на страницах сайта

www.electrosad.ru

За последние годы, все более широкое распространение получают термоэлектрические модули (ТЭМ) или элементы Пельтье. Периодически в продаже появляются новые модели кулеров имеющих встроенный термоэлектрический модуль в качестве охладителя. Но появившись эти модели не развиваются в виде новых модификаций, а тихо пропадают из продажи.
Это заcтавляет задуматься о том, что их эффективность оказалась ниже ожидаемой или проявили себя не учтенные разработчиком аспекты их использования.

Введение

Понятно, что на столько достаточно широких вопросов сразу невозможно ответить в одной статье.

Попытка вылилась пока только в анализ проблем связанных с этим непростым делом.

Если получится, попробую позже осветить более подробно каждую из описанных проблем.

Полупроводниковые термоэлектрические модули, как устройства не имеющие изнашивающихся механизмов, имеют достаточно высокую надежность.

Они позволяют создавать многоступенчатые конструкции имеющие перепад температур dt более 130°С.

Современные ТЭМ перекрывают по холодопроизводительности диапазон от долей Ватт до сотен ватт см. таблицу 1:

Этого в настоящий момент вполне достаточно для охлаждения процессоров и большинства узлов малогабаритной электронной техники.

Однако, кроме очевидных достоинств, ТЭМ обладают и рядом специфических свойств, которые предъявляют определенные требования. Эти требования необходимо учитывать при разработке и проектировании охладителей для компьютеров и электронной техники.

Рассмотрим эти особенности и требования.

Переохлаждение процессора, элемента электронной техники
охлаждаемого с помощь ТЭМ

В случае охлажденной поверхности пар становится насыщенным над этой поверхностью при температуре точки росы. В результате влага выпадает на поверхности охлаждаемого устройства.

Ограничиться температурой воздуха в холодное время года 22—24°С и нормативными границами влажности 40—60% и посмотрим ниже какой температуры не рекомендуется охлаждать тепловыделяющий объект (процессор) во избежание выпадения влаги на его поверхности.

Для наглядности приведу зависимость температуры точки росы для температур воздуха в помещении 22—24°С и влажности воздуха 40—60% в виде графика:

Как видим из графика рис. 1, температура охлаждаемого объекта (процессора) не должна быть (при температуре воздуха 22°С и влажности 40%) ниже +6,8°С, при той же температуре, но влажности 60% уже не ниже +13,5°С.

Если ограничиться просто наложением ограничений на минимальную температуру охлаждаемого объекта в выбранном нами диапазоне (для гарантированного недопущения выпадения влаги), то мы должны установить минимальную температуру холодной стороны ТЭМ на уровне 15,5°С.

Что получится при не соблюдении данных требований видно на рис.2

Что касается применения теплоизоляции предлагаемой некоторыми авторами, то

— логика подсказывает, что применение теплоизоляции охлажденных поверхностей не решает проблемы конденсации влаги, а просто немного отодвигает ее дальше во времени. Потому что применяемые для теплоизоляции материалы в в своей массе гигроскопичны и даже при самой лучшей теплоизоляции со временем накапливают влагу в своей массе.

Единственным логичным решением данной проблемы может быть полная теплоизоляция с применением герметизации холодной стороны ТЭМ.

Применение ТЭМ:

— в системах охлаждения устройств с динамическим выделением тепла

Процессор представляет собой высоко динамичный источник тепла (с диапазоном изменения тепловыделения от десятка до сотни ватт) для теплового насоса (ТЭМ). В то время как все производители оговаривают число термоциклов для которых гарантируется его нормальная работа.

НПО Кристалл приводит следующие данные: устойчивость к термоциклированию ТЭМ в режиме «20/80»: свыше 10 000 циклов,

Криотерм приводит следующую информацию:

Это говорит о том применения ТЭМ для охлаждения узлов с меняющимся в широком диапазоне тепловыделением само по себе проблема. (процессор может иметь динамический диапазон мощности тепловыделения около 10 раз) Для сглаживания динамики процессов тепловыделения необходимо иметь «тепловой аккумулятор» на горячей стороне, для смягчения его режима работы хотя бы до величин оговариваемых условиями тестирования.

Но это решение, еще больше увеличит время выхода ТЭМ на рабочий режим.

— в системах воздушного охлаждения

Мы помним, что снижая температуру холодной стороны, ТЭМ сам выделяет тепло на его горячей стороне. Дополнительно к «откачиваемому» тепловым насосом (ТЭМ) от охлаждаемого объекта теплу.

В малоразмерных стационарных компьютерах, например типа «моноблок» применение ТЭМ тоже ограничено размерами его корпуса. Поскольку в малоразмерных корпусах из-за проблем с воздухообменом применение устройств с высоким тепловыделением просто недопустимо. А как мы уже знаем, ТЭМ сам выделяет дополнительное тепло.

— в системах жидкостного охлаждения

Жидкостные системы охлаждения, в своем большинстве, отличаются от воздушных, тем что они выводят тепло за пределы корпуса компьютера (с теплоносителям по шлангам) при температурах теплоносителя на выходе охладителя (ватерблока) чуть большей температуры окружающего воздуха. С этой точки зрения они вполне могут быть применены совместно.

Но не все узлы компьютера можно охладить системой жидкостного охлаждения.

Остается потребность охлаждения множества мелких узлов компьютера к которым просто невозможно подвести жидкостное охлаждение. Поэтому корпус в любом случае должен иметь систему принудительной вентиляции. Правда оставшееся тепловыделение уже «по зубам» простой системе вентиляции с одним (в крайнем случае двумя) вентилятором.

Процессоры ( CPU и GPU) выделяют более 70% тепла в высоко производительном игровом компьютере (до 50% обычного ПК).

Выбор ТЭМ по производительности

Производители рекомендуют выбирать ТЭМ работающий на токе 0,7 I макс, как наиболее рациональной величине с точки зрения хорошего соотношения Q_max/P _пит (холодопроизводительность/потребляемая мощность). На рис. 3 показаны зависимости Q_max и P _пит от тока протекающего через ТЭМ [ для ТЭМ модели TB-127-1,4-1,5 (Frost-74) ] от Криотерм.

Из рис.1 видим, что холодопроизводительность ( Q ) становится равной потребляемой мощности ( p ) при токе около 5А.

Поэтому производители рекомендуют выбирать ТЭМ с холодопроизводительностью при токе 0,7 I_max равной тепловыделению охлаждаемого объекта. Для указанного на Рис.3 характеристик этот ток равен 4,4 А.

Более точный и сложный выбор ТЭМ должен производиться с учетом сказанного выше с использованием графиков описывающих характеристики конкретного рассматриваемому для использования термоэлектрического модуля.

Питание ТЭМ

Хотя для работы модуля необходимо, чтобы питающий его постоянный ток имел пульсации не превышающие 5%.

Эти требования к электропитанию ТЭМ мягче чем требования для питания узлов компьютера.

Прежде всего нет жестких требований по пульсации, потому что ТЭМ является интегрирующим элементом для тех частот пульсаций которые имеются в электронных блоках питания, да и как тепловой насос это достаточно инерционный прибор и тем более в совокупности с «тепловым аккумулятором» и массивными медными деталями теплосъемников.

Поэтому просто неразумно применять для его питания дорогой, высококачественный блок питания компьютера.

Но питание ТЭМ тоже имеет свои особенности

Мы должны знать, что рабочая величина тока в стационарном режиме может быть меньше своего первоначального значения примерно на 20-35 %, поскольку благодаря эффекту Зеебека величина тока зависит от разности температур. Поэтому электрический режим ТЭМ зависит и от эффективности теплосъема с горячей стороны ТЭМ и может меняться при изменении температуры теплоносителя (и наружного воздуха для систем жидкостного охлаждения).

Поэтому логично совместить его в единый блок разместив в нем блок питания, систему управления, контроля.

Поскольку ТЭМ имеет постоянную времени t з, как и другие элементы системы охлаждения, его включение должно выполняться еще до включения компьютера!

Это позволяет делать описанная конструкция.

А компьютер должен запускаться только после проверки исправности ТЭМ и выхода на режим его и системы охлаждения.

Ведь ТЭМ с выключенным питанием или неисправный является хорошим теплоизолятором и выход из строя охлаждаемого узла гарантирован!

Циклограмма включения компьютера с таким блоком питания должна выглядеть следующим образом:

Применение теплопроводящих составов с ТЭМ

Проблемы управления ТЭМ и вопросы к производителям

Не смотря на то что ТЭМ является законченной и достаточно отработанной конструкций, для систем с точным следящим регулированием, какими являются системы охлаждения процессоров и других узлов электроники с предельно малыми температурами (выше точки росы), он совершенно не приспособлен.

Производители ТЭМ предполагают что весь контроль осуществляют разработчики узлов содержащих ТЭМ своими средствами. Хотя параметры (температуры) на внешних узлах разрабатываемой конструкции могут существенно отличаться от температур холодной и горячей стороны ТЭМ. Это может привести к выпадению влаги на холодной стороне ТЭМ и соответственно ее попаданию на контактные группы процессора (охлаждаемого узла).

Нет и встроенных элементов контроля характеризующих работу ТЭМ и позволяющих контролировать его работу и диагностировать его неисправность.

Производители могут используя применяемые технологические процессы при изготовлении ТЭМ разместить пары генерирующих спаев на холодной и горячей стороне ТЭМ, что позволит точнее отслеживать температуру контактных поверхностей ТЭМ что повысит надежность его работы и даст в руки разработчиков элементы контроля разрабатываемой системы.

Для точного управления ТЭМ в системах охлаждения узлов электронной техники необходим контроль за влажностью воздуха в районе охлаждаемого узла, что позволит максимально понизить температуру охлаждаемого узла и увеличить отводимую системой охлаждения мощность.

Другие применения ТЭМ

Использование кондиционера для системного блока

Нет необходимости разрабатывать кондиционер для системного блока. Они разработаны и продаются.

Рабочая холодопроизводительность Qc должна быть превышать мощность выделяемую узлами размещенными в системном блоке.

Например для тепловыделения около 350 Вт необходимо использовать две сборки 380-24-AA, а для тепловыделения 500 Вт уже три сборки.

И на рис. 7 тот же модуль смонтированный в защитном пластмассовом корпусе.

Современные корпуса не позволяют обеспечить эти требования. Поэтому тому кто захочет попробовать подобную конструкцию придется изготовить свой корпус.

Чиллеры

Цена системы охлаждения с применением ТЭМ

На мой взгляд, широкое применение ТЭМ в системах охлаждения электронной техники сдерживает их дороговизна и несовершенство конструкции (о котором я писал выше).

Что касается цены, то:

Думаю приведенных цифр достаточно, чтобы понять, что эксперименты с ТЭМ в системах охлаждения это пока затратное удовольствие.

Поэтому пока применение ТЭМ обосновано там где затраты не играют существенной роли.

Источник

Что такое МУВИ и зачем он нужен? Подробная инструкция по установке

Что такое МУВИ и зачем он нужен?

Подробная инструкция по установке

МУВИ – модуль управления вентилятором импульсный, более простым языком – блок управления. Он предназначен для управления электрическим вентилятором охлаждения основного радиатора автомобиля.

Модуль управления электровентилятора охлаждения универсальный (LFR 0001)

Как устроен процесс охлаждения двигателя

Охлаждение двигателя внутреннего сгорания происходит за счет протекания охлаждающей жидкости внутри блока цилиндров. Жидкость отбирает высвобождающуюся температуру, которая образуется при сгорании топливной смеси в цилиндрах.

Нагретая жидкость при помощи помпы протекает по патрубкам и поступает в радиатор, где охлаждается. Поступление жидкости в радиатор контролируется термостатом, который открывается в зависимости от нагрева охлаждающей жидкости, что позволяет быстро прогреть двигатель в холодное время года.

Если авто ускоряется или двигается с большой скоростью, то встречный поток воздуха хорошо охлаждает радиатор, а, следовательно, температура охлаждающей жидкости находится в пределах нормы: 85-95 С.

Если же скорость мала или автомобиль стоит в пробке и встречного потока воздуха нет, то в системе охлаждения авто штатно предусмотрено включение электрического вентилятора охлаждения радиатора при достижении температуры охлаждающей жидкости в радиаторе 95-105 С.

При этом температура жидкости в блоке будет 110-120 С, то есть близка к критической. Электровентилятор включается на полную мощность, и нужно время, чтобы температура охлаждающей жидкости ушла от критической отметки.

Последствия перегрева двигателя

Если температура хладагента повысилась хотя бы на 5 градусов, то:

● Выгорает масло со стенок цилиндров;

● Детали двигателя чрезмерно расширяются, поэтому их трение сильно увеличивается, и они быстрее выходят из строя;

● Увеличивается расход топлива;

● Резкое включение вентилятора на максимальные обороты приводит к сокращению срока службы самого вентилятора охлаждения;

● Увеличивается потребление электроэнергии из бортовой сети автомобиля.

В долгосрочной перспективе это приведет к капитальному ремонту двигателя или полному выходу автомобиля из строя.

Польза модуля управления вентилятором

Блок управления принципиально меняет систему охлаждения двигателя бюджетного автомобиля. Блок позволяет управлять системой охлаждения двигателя по алгоритму современных элитных авто.

Иными словами, как только температура охлаждающей жидкости в блоке двигателя достигает 80 С, начинает открываться термостат и охлаждающая жидкость идет в радиатор. В это время блок управления начинает медленно раскручивать электродвигатель вентилятора и начинается процесс принудительного охлаждения жидкости.

С повышением температуры жидкости вентилятор раскручивается сильнее и усиливается поток воздуха через радиатор, вне зависимости от скорости движения автомобиля. Тем самым компенсируется большая теплоемкость охлаждающей жидкости, достигается стабилизация температуры и пропадает эффект “плавающей стрелки температуры” на приборной панели автомобиля.

С помощью модуля температура двигателя не отклоняется от нормы более, чем на 2 градуса в любых условиях эксплуатации, благодаря чему:

● Уменьшается расход топлива;

● Увеличивается срок службы всех деталей двигателя;

● Сам электровентилятор включается плавно, поэтому его ресурс работы также увеличивается;

● Уменьшается потребление электроэнергии из бортовой сети автомобиля.

Блок управления даже при самой высокой температуре не разгоняет электровентилятор до максимальных оборотов, так как это не требуется в такой системе охлаждения.

Как установить блок управления электровентилятором самостоятельно?

Блок управления выпускается в двух модификациях корпуса. Отличаются они методом креплении корпуса под капотом автомобиля:

Первая модификация корпуса может устанавливаться на автомобиль Lada Niva, Chevy-Niva, Kalina, 2108, 2109, 2110, 2111 и тд. В зависимости от разъема подключения вентилятора охлаждения, блоки управления делятся на 3 группы:

1. Разъем №1 – устанавливается на автомобили Lada Priora с кондиционером и ABS и подключается только к большому вентилятору охлаждения, а не к малому вентилятору, который охлаждает кондиционер.

2. Разъем №2 – устанавливается на автомобили Lada Priora без кондиционера, а также на некоторые модификации Lada Kalina.

3. Разъем №3 – устанавливается на все остальные автомобили модификации семейства ВАЗ, у который есть электрический вентилятор охлаждения радиатора.

На автомобилях Lada Niva, Chevy-Niva, блок подключается к одному из вентиляторов охлаждения радиатора. Второй вентилятор остается подключенным к штатной системе охлаждения.

Структурная схема установки блока

● +12 вольт АКБ – красный (красный с черной полосой)

● Датчик температуры – черный или синий

● Включение (габаритные огни) – красный

Порядок действий

Установка блока должна происходить на остывшем двигателе.

1. Закрепите устройство согласно типу вашего корпуса:

Первый тип корпуса – закрепляется поверх аккумулятора на его держатели.

Второй тип корпуса – закрепляется на правом крыле кузова автомобиля.

2. Подключите провода с лепестками на концах с отверстием на нем: красный провод к плюсу,

черный провод к минусу аккумулятора.

3. Отсоедините разъем электрического вентилятора охлаждения радиатора от штатной системы управления. Подключите разъем блока управления к вентилятору охлаждения.

Подключение питания для блока управления

Для подключения найдите провод в штатной системе проводки, который запитывает габаритные огни автомобиля. На фотографии ниже показан вывод питания габаритных огней в разъеме, к проводу которого необходимо подключаться. После этого через ножевой контактор подключите к этому проводу красный провод блока управления меньшего сечения.

Если вы забыли включить габаритные огни и тронулись с места, то указатель температуры будет работать неправильно, сильно занижая температуру двигателя! Но если вы включите габаритные огни, показания температуры быстро восстановятся до истины.

Подключение блока управления к датчику температуры охлаждающей жидкости

МУВИ подключается к одноконтактному датчику температуры LS0101 (2101-3808600-ТМ-106). Сигнал с датчика к блоку управления подходит черным проводом. Найдите провод, который идет к датчику охлаждающей жидкости блока. Датчик одноконтактный и находится в переднеприводных автомобилях Lada недалеко от корпуса термостата (на фото 1 он отмечен зеленой стрелкой). А в автомобилях типа Niva так, как указано на фото 2. К проводу, который идет к датчику, через ножевой контактор подключите черный провод блока управления МУВИ.

Если устанавливать МУВИ на другой автомобиль, то:

1. Необходимо установить в проток охлаждающей жидкости верхнего патрубка основном радиатора датчик температуры LS0101 (2101-3808600-ТМ-106) при помощи тройника как показано на рис. 1

2. Электрически подключать датчик по схеме на рис. 2

Корпус датчика обязательно должен быть заземлен проводом на “минус” АКБ. (+) на резистор R1 должен подаваться через замок зажигания, то есть при выключенном зажигании на R1 не должно быть ничего.

Процесс подключения проводов с использованием ножевого контактора

Оденьте контактор на проходящий провод (на фото он указан в красном), подключаемый к этому проводу другой провод (на фото он указан черным) установите в другой паз контактора, так, чтобы он проходил через весь корпус контактора.

Защелкните крышку разъема.

Данным разъемом обеспечивается хороший контакт проводов. Обрезать или менять длину проводов запрещено, это может повлечь нарушения в работе блока!

Чтобы внутри контактора не происходило окисление проводов, рекомендуем после всех подключений изолировать контакторы полихлорвиниловой изоляцией.

Проверка установки блока и его настройка

Прежде чем запустить двигатель автомобиля, убедитесь, правильно ли блок подключен в систему автомобиля по вышеуказанным пунктам. В блоке предусмотрена функция проверки правильности подключения и работоспособности самого блока.

Первая часть проверки

Не заводя двигатель (ключ зажигания в положении 0), включите габаритные огни. В этот момент вентилятор должен включиться на средние обороты. Если вентилятор не включился, система установлена неправильно или нет контакта в проводах.

Вторая часть проверки

Оставьте включенные габаритные огни и включаем зажигание (положение ключа зажигания включено), не заводя двигатель. Вентилятор должен остановиться. Это говорит о том, что сделан хороший контакт к датчику. Если вентилятор не останавливается – это означает, что нет контакта к датчику температуры. Проверить надежность подключения через контактор черного провода к проводу датчика температуры.

После проверки установки блока, проверьте правильность направления вращения вентилятора согласно стрелки на крыльчатке вентилятора.

Итоговая проверка и настройка блока управления

Далее делаем последнюю проверку и настройку блока под выбранную вами температуру (кнопка и индикаторы указаны на рисунке ниже):

1. После вышеперечисленных действий по установке и проверки блока на заведенном двигателе и включенном блоке (габаритных огнях), нажмите на кнопку программирования один раз (нажать тупым предметом диаметром 3 мм). После нажатия вентилятор должен включиться на максимальные обороты.

2. Затем нажмите второй раз на кнопку программирования. Вентилятор должен выключиться и загореться два индикатора. Блок готов к программированию.

3. Дождитесь, когда температура двигателя поднимется до нижней границы (рекомендовано 85 градусов). По достижению этой температуры, нажимаем кнопку третий раз. После этого гаснет один из двух светящихся светодиодов. Это показывает вам, что выбрана нижняя граница температуры.

4. Дождитесь, когда температура двигателя поднимется до максимально планируемого уровня (рекомендовано 95 градусов). По достижению этой температуры, нажмите на кнопку четвертый раз. Гаснет последний светящийся светодиод, вентилятор включается на максимальные обороты и начинает охлаждать двигатель. В процессе охлаждения обороты вентилятора падают соответственно падению температуры.

Блок запрограммирован и в дальнейшем будет работать на этих настройках в пределах выбранной вами границ температур. При необходимости можно перепрограммировать блок на другие температуры, тогда настройку нужно начать с первого пункта.

Включение блока управления вентилятором:

1. Завести двигатель автомобиля.

2. Включить габаритные огни.

Выключение блока управления вентилятором:

1. Выключить габаритные огни.

2. Заглушить двигатель.

● Если при включенных габаритных огнях и холодном двигателе при включении зажигания вентилятор работает, то нарушился контакт датчика температуры к блоку управления. Если контакт при проверке оказался хорошим, то вышел из строя блок управления.

Будьте в курсе. Подписывайтесь на официальные каналы

Источник