Форум самогонщиков Сайт Барахолка Магазин Помощь солдатам

Холодильник на термоэлектрических элементах (вопросы к конструкторам)

Форум самогонщиков Вопросы по электр(он)ике
Myknife Студент Елец 11 3
07 Дек. 14, 23:44
Приветствую всех участников форума, заглянувших в эту тему. Есть в мыслях небольшой проект по изготовлению холодильника для самогонного аппарата. Прошу либо поддержать, либо опровергнуть разумными обоснованными доводами. Сразу оговорюсь, хотел закинуть эту тему в ветку "проекты", но она настолько сыра и недодумана, что пока лучше ограничиться концепцией и накопившимися вопросами.
Так вот: есть такие штуки - термоэлектрические модули, они же модули Пельтье. Это такая пластинка с двумя проводками. Если на эту пластинку подать ток, то одна сторона пластинки будет холодеть, а вторая теплеть, т.е. модуль осуществляет перенос тепловой энергии с одной стороны на другую. Штука эта применяется в охлаждении микросхем всяких, иногда компьютерных процессоров и т.д. Устанавливается как прокладка между схемой и радиатором. Фишка в том, что при контакте микросхемы напрямую с радиатором, температуры их примерно равны. А вот если сунуть между ними модуль Пельтье, он может создать РАЗНИЦУ температур. Т.е., грубо говоря, если модуль достаточно мощный, на микросхеме может быть 20 градусов, а на радиаторе уже чуть ли не пыль пригорает. А если этот радиатор охладить, температура микросхемы может уйти вообще ниже ноля. Но это теории. На практике же, модуль Пельтье зачастую обеспечивает 30-60 градусов разницы между радиатором и микросхемой. Главное, чтобы тепловыделение микросхемы было в рабочем диапазоне модуля. Если микросхема выделяет 100 вт, а модуль способен перекачать 60 вт, толку от него не будет - он сам разогреется и станет прямым мостом между схемой и радиатором.
Теперь глянем в другую сторону, а именно в сторону тепловых свойств меди. Медь, как известно, отлично проводит тепло. Допустим, решил я сваять змеевик и купил два метра медной трубки диаметром в сантиметр. Значит, трубка эта примерно 3см в окружности. А площадь поверхности трубки - 600 квадратных сантиметров. Вроде прилично, для небольшого аппарата вполне знатный змеевик. Но если посмотреть на радиаторы для компьютерных процессоров, то среди них попадаются кулеры типа "ромашка" с большим количтством тонких медных лепестков. И площадь этих лепестков достигает 3200 квадратных сантиметров (на модели Zalman 7700Cu, например. Бывает и больше, но это на совсем элитных и дорогих кулерах), а это почти шесть метров той самой медной трубки. Кулеры подобного типа отводят с помощью воздуха до 130 Вт с процессора. Вроде 130 Вт - не так уж много, мы в винокурении оперируем киловаттами, но много ли надо реально энергии, чтобы охладить струйку дистиллята? Айда посчитаем.
Из школьного курса физики помним - чтобы нагреть литр воды на 1 градус, надо подвести калорию тепла. Если оперировать ватт-часами, то это примерно 1,2 Вт*ч. При охлаждении на один градус литр воды выделит тот же 1,2 Вт*ч. Далее для основных рассчетов будем считать, что у вас весьма компактный самогонный аппарат, который на несильном огне выдает в час два литра 50-процентного дистиллята. Так вот у этого дистиллята теплоемкость меньше, чем у воды процентов на 20. Т.е. чтобы охладить литр дистиллята на градус, нужно в течение часа отвести от него около одного Ватта тепла (знаю, что энергия меряется в джоулях и калориях но для простоты примем время выгонки за час и будем считать по-дремучему - Ваттами). Соответственно чтобы охладить два литра на градус, надо отвести два ватта. Но нам надо не на градус, нам надо, чтоб сэм был холодный! Поэтому охлаждать надо градусов на 60-65! А это 130 Вт тепла. Опаньки! Знакомые цифры. Столько способен отводить кулер при охлаждении воздухом. Но это предельный для него режим, и под конец погона, где спирта меньше, а воды и сивухи в струе больше, кулер может уже не справляться. Поэтому... Поэтому смотрим рисунок, сваянный за пару минут в пайнте.
projekt.jpg Холодильник на термоэлектрических элементах (вопросы к конструкторам)
projekt.jpg Холодильник на термоэлектрических элементах (вопросы к конструкторам). Вопросы по электр(он)ике.

Продолжение следует...
Myknife Студент Елец 11 3
Отв.1  08 Дек. 14, 00:08, через 25 мин
Предлагаемая установка состоит из небольшой замкнутой емкости внизу и открытой емкости вверху. Соединяются емкости основаниями двух радиаторов через модуль Пельтье. В верхней емкости радиатор залит водичкой - литра два надо. Благодаря модулю пельтье, нижний радиатор должен быть ледяным. А теперь представим что пары спиртовой смеси, поступая  в нижнюю емкость, попадают на 3200 квадратных сантиметров ледяной меди. Ясен пончик, они конденсируются и стекают на дно емкости по ребрам радиатора. Если бы не было элемента Пельтье, температуры в верхней и нижней емкости скоро бы стали схожими, но нам на руку играют несколько факторов:
1 - охлаждение нашей радиаторной конструкции происходит лучше чем с воздухом, ибо охлаждается жидкостью.
2 - благодаря разнице температур даже если вода в верхней емкости нагреется и будет теплой, нижний радиатор будет холодным. Не таким холодным, как в начале погона, но все еще холодным.
3. Скапливающийся на дне нижней емкости дистиллят помогает удерживать и охлаждать пары спиртосмеси.
4. Два литра воды в верхнем баке обладают большей теплоемкостью, чем два литра сэма в нижнем, поэтому для охлаждения сэма этого достаточно.

Объем конструкции - литров пять. С небольшую кастрюлю, в которой не надо менять воду.

Теперь вопросы:
1) как считаете - это вообще реально?
2) не силен в рассчете давления газов - мы же нагреваем фактически закрытую емкость с парами и жидкостями. Может, на случай перегревов сообразить что-нибудь типа расширительного бачка или давление должно плясать на одном уровне - что испарилось, то и сконденсировалось?
3) Думаю, нижнюю емкость не стоит делать сильно больше самого кулера, а? Лучше чтобы пары сразу попадали ему на крыльчатку и периодически сливать дистиллят через краник? Или лучше сделать емкость побольше, чтоб не сливать часто - не "промахнутся" ли тогда спиртовые пары?
Спасибо за внимание. Модераторам: если считаете, что теме лучше в разделе "проекты" - отправляйте.
С уважением!
syslog Новичок Москва 9 1
Отв.2  08 Дек. 14, 01:47
Я видел и без Пельтье, воздушного охлаждения, с 10л кастрюлю. Вентелятор проца поможет.
Кстати, по поводу температуры охлаждения.
Надо охлаждать с 80 до 40 (с 90 до 50). Спирт уже интенсивно не испаряется,а растворимость газа в нем меньше, чем у 15С.

Да, и в расчетах (прочитал бегло) вижу существенную ошибку. Ты считаешь для нагрева/охлаждения, а про удельную теплоту парообразования забыл, а она СУЩЕСТВЕННО больше. Грубо говоря, сколько к кубу подвел, столько надо и забрать (-КПД). поэтому говорить надо не про сотню Вт, а про единицы кВт.
syslog Новичок Москва 9 1
Отв.3  08 Дек. 14, 01:50, через 3 мин
Если речь про доохладитель в РК, то подойдет (а оно надо, такое?) и расчет - верный (охладить ЖИДКОСТЬ), а если для основного холодильника или дефлегматора в РК, то считай тепло, которое выделяется при конденсации пара в жидкость.
affo Профессор Санкт-Петербург 2.4K 932
Отв.4  08 Дек. 14, 01:56, через 7 мин
чтобы нагреть литр воды на 1 градус, надо подвести калорию теплаMyknife, 07 Дек. 14, 23:44
Ошибочка, не литр, а грамм, или, если при нормальном давлении и гравитации и воды - то 1 куб. см. Считаем заново.
PIN Доктор наук коломна 923 235
Отв.5  08 Дек. 14, 07:54
Myknife,Про модули Пельтье Игорь на Лаб спирте хорошо всё разжевал,почитай на досуге.Они энергии жрут больше чем самогонный аппарат. [Полностью воздушное охлаждение!] вот тема интересная.К сожалению не всё так просто как кажется.
Дятел Доктор наук NA 554 119
Отв.6  08 Дек. 14, 08:26, через 33 мин
КПД элемента Пельтье очень низок.
Не вдаваясь в подробности в конкретные цифры- много ниже чем у компрессорных холодильников-кондиционеров.
А иначе вся б холодильная техника была на них, для самогонного аппарата нужна мощность охлаждения примерно как от небольшого сплита.
Myknife Студент Елец 11 3
Отв.7  08 Дек. 14, 10:13
Ох елы-палы... вот это ж я накосячил. С калориями-то)))

А насчет теплоты парообразования - у воды она около 2000 кдж на кг. А теплоемкость больше 4000 кдж на кг. Теплотой парообразования и конденсации можно пренебречь.
Дятел Доктор наук NA 554 119
Отв.8  08 Дек. 14, 10:34, через 22 мин
А насчет теплоты парообразования - у воды она около 2000 кдж на кг. А теплоемкость больше 4000 кдж на кг.Myknife, 08 Дек. 14, 10:13
????
Вообще то для воды-  удельная теплоемкость 4700 дж/кг*К, а удельная теплота парообразования 2256000 дж/кг.
То есть энергии на испарений 1 кг ( на конденсацию) нужно столько, сколько пошло б на нагрев того же килограмма на 480 градусов.
Или по другому-  тем количеством тепла что мы нагреем воду на 96 градусов мы можем испарить только пятую часть объема воды.
Myknife Студент Елец 11 3
Отв.9  08 Дек. 14, 12:24
Или по другому-  тем количеством тепла что мы нагреем воду на 96 градусов мы можем испарить только пятую часть объема воды.Дятел, 08 Дек. 14, 10:34

Камрад, тут уже ты ошибся. Удельная теплоемкость воды 4187 КИЛОджоулей на кг*К. А теплота парообразования 2256 ТЕХ ЖЕ килоджоулей/кг*К. Так что при конденсации литр воды выделяет совсем немного тепла. Столько же, сколько литр воды выделяет при остывании на полградуса.
Дятел Доктор наук NA 554 119
Отв.10  08 Дек. 14, 13:18, через 54 мин

Камрад, тут уже ты ошибся. Удельная теплоемкость воды 4187 КИЛОджоулей на кг*К.Myknife, 08 Дек. 14, 12:24
Вообще то из школы должны знать что такое калория и что она равна 4,18 джоуля.
Так что чуть ошибся, камрад.  В 1000 раз.
Да собственно и любая бабушка знает, что на плите чтоб чайник закипел нужно много меньше времени, чем чтоб он выкипел.
Но это бабушка, зато она про Пельтье вряд ли знает.


Myknife Студент Елец 11 3
Отв.11  08 Дек. 14, 14:04, через 47 мин
должны знать что такое калорияДятел, 08 Дек. 14, 13:18
Я в курсе что такое калория. И да, в первом посте допустил ошибку.
Но если наша задача сводится к тому, чтобы охладить два килограмма пара, для этого должно быть достаточно двух литров воды-охладителя. При чем тут выкипевший чайник? Мы же решаем задачу по охлаждению пара, а не по нагреву куба. Понятное дело, к кубу подводятся киловатты, но кпд горелки процентов 50... потом значительная часть пара конденсируется обратно, не успев дойти до холодильника... нагревается рубашка куба и тут же охлаждается окружающим воздухом... Короче, если мы подводим киловатт к кубу, это совсем не значит, что нам придется потратить киловатт на охлаждение спиртовых паров. Потратить придется гораздо меньше.
Myknife Студент Елец 11 3
Отв.12  08 Дек. 14, 14:06, через 3 мин
Виноват, камрады. Хрень пишу. Совсем запарился в расчетах. Не мое это.