4.7. Регуляторы температуры воды

4.7.1. Охлаждение воды в аквариуме

Проверенный вариант применения термоэлектрических охлаждающих модулей (ТЭОМ) может быть интересен читателям, имеющим дома или на производстве аквариумы с рыбами. Как известно, для нормальной жизнедеятельности декоративных аквариумных рыб необходимы определенные условия температуры воды. Для большинства декоративных рыб нижний предел температуры не должен опускаться менее чем +18 °C, а верхний не превышает +28 °C.

Как повышать температуру воды в зимний период, всем известно – применяют нагревательные элементы со специальным классом защиты от проникновения воды (есть пассивные и автоматически управляемые нагреватели для аквариумов). А вот как понижать температуру воды при ее бесконтрольном увеличении из-за сухого климата или продолжительной жаркой погоды пока широко не известно. Вот здесь поможет ТЭОМ.

Области применения термоэлектрических охлаждающих модулей (ТЭОМ) весьма широка. Это охладители для рассеивающих мощность активных элементов (транзисторов, полупроводников и микросхем, установленных на радиаторы) в усилителях и коммутирующих цепях. Охладители ПЗС-матриц, лазеров, фотоприемников, датчики тепловых потоков (с помощью таких датчиков, основываясь на зависимости тепловой волны, можно контролировать скорость воздушного потока, скорость ветра), специализированные системы охлаждения для научных и исследовательских приборов (многокаскадные модули).

ТЭОМ рассчитаны на работу в цепях постоянного тока. Внешний вид ТЭОМ показан на рисунке 4.12.

Рис. 4.12. Вид конструкции ТЭОМ

Для охлаждения стенок аквариума используют два-три стандартных однокаскадных ТЭОМ ТВ-127-1-2,5 с напряжением питания 15,9 В и током потребления 1,9 А.

Шлифованные керамические пластины модуля позволяют плотно закрепить его (охлаждающей обкладкой к стенке аквариума с внешней стороны) моментальным клеем «супермомент-гель».

В момент склейки модуля и стеклянной стенки аквариума модуль следует осторожно прижать пальцем.

Два-три однотипных ТЭОМ (для объема аквариума соответственно 60-200 л) располагаются на стенках аквариума и соединяются между собой параллельно (этот тип ТЭОМ реализуется с припаянными проводами) через электрические колодки-панельки. При объеме аквариума 60 л для уменьшения температуры воды в климатической зоне Санкт-Петербурга в летний период достаточно двух указанных ТЭОМ, расположенных в разных нижних (противоположных) углах аквариума.

Источник питания (электрическая схема на рис. 4.13) для устройства сетевой, с понижающим трансформатором типа ТПП217-127/220-50 или аналогичным мощностью не менее 60 Вт.

Выходное переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4, состоящим из четырех мощных диодов Д231 или Д242 с любым буквенным индексом.

Диодный мост быть и другим, в том числе реализованным на современной диодной сборке типа КЦ-ххх, однако требования к нему таковы, чтобы он выдерживал ток не менее 8 А (с запасом).

Потребляемая трансформатором мощность при использовании двух ТЭОМ составит около 40 Вт.

Диоды моста устанавливаются на изолированные друг от друга и общего провода охлаждающие радиаторы с площадью охлаждения не менее 60 см² каждый. Оксидный конденсатор типа К50-35 или аналогичный на рабочее напряжение не менее 25 В сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Источник питания соединяется с блоком ТЭОМ многожильными соединительными проводами длиной 30 см и сечением 0,8–1,5 мм (длина стремится к минимуму для уменьшения потерь – падения напряжения в проводах из-за достаточно большого потребляемого ТЭОМ тока). Таким образом, непосредственно на ТЭОМ постоянное напряжение будет равно 14,5-15 В. Этот метод позволит уменьшать температуру в районе места крепления ТЭОМ со скоростью около 3,5 °C в минуту.

Рис. 4.13. Электрическая схема источника питания

Естественно, из-за низкой тепловой проводимости стекла температура воды будет уменьшаться с большой инерцией. В данном случае это скорее положительный момент, так как для живых организмов в аквариуме нежелательны резкие перепады температур. Контролируют температуру воды внутри аквариума с помощью электронного или обычного жидкостного термометра.

Требования к установке модулей. При использовании ТЭОМ необходимо принимать во внимание температуру на горячей стороне (обкладке). Ее превышение выше предела, установленного в паспортных данных, приводит к интенсификации процессов деградации термоэлектрического вещества (находящегося между горячей и холодной пластинами-обкладками) и разрушению термоэлектрических модулей.

ТЭОМ (в зависимости от модели и назначения) производятся с металлизацией и без металлизации поверхностей обкладок. При монтаже ТЭОМ на неметаллические поверхности используются модули без металлизации обкладок. Монтаж поверхностей осуществляется «холодным» способом, путем приклеивания моментальным клеем.

Как правило, после пары минут прижимающего режима воздействия на поверхности монтаж ТЭОМ можно считать законченным. Клей и его производные при «холодном» монтаже не должны попадать во внутреннюю структуру модуля. Кроме указанного типа клея соединения «холодным» методом возможно произвести с помощью автомобильной замазки «холодная сварка». В этом случае требуется соблюдение правил пользования, которые указаны на упаковке.

При соединении модулей параллельно (для увеличения мощности охлаждения и воздействия на большую площадь поверхности) необходимо выбирать сечение подводящих проводников по суммарному току потребления модулями. При параллельном подключении двух одинаковых модулей (энергопотребителей) ток в цепи возрастает вдвое.

При последовательном соединении модулей необходимо обеспечить электрическую прочность изоляции подводящих проводов по суммарному напряжению.

При последовательном соединении одинаковых ТЭОМ их напряжение питания складывается, а ток потребления остается равным току потребления одного модуля.

Практически это выглядит как задача подключения в сети 220 В нескольких электрических ламп накаливания, рассчитанных на напряжение 6,3 В; тогда пришлось бы последовательно соединить не менее 35 таких однотипных ламп.

Для защиты ТЭОМ от проникновения влаги во внутренний объем модуля (в условиях повышенной влажности, близости к открытой воде, а также в случае использовании модуля в помещениях с повышенной конденсацией: сауна, парилка, бассейн), ТЭОМ необходимо подвергнуть принудительной силиконовой или эпоксидной герметизации.

Это касается материала между обкладками модуля. Герметизации выполняется соответственно строительным силиконом или эпоксидной смолой с отвердителем по правилам, указанным в инструкции по эксплуатации данных видов температуростойких герметиков.

4.7.2. Внешний подогрев стенок аквариума

В сильные морозы несмотря на отопление в доме приходится дополнительно одеваться. Человек может заботиться о себе, а жизнь рыб и животных намного более зависит от капризов природы. Но люди в силах им помочь.

Несложное приспособление подогрева с помощью электрического тока ограниченных поверхностей испытано как внешний подогреватель воды для аквариума.

Безопасное напряжение 26 В получается со вторичной обмотки понижающего сетевого трансформатора ТПП277-127/220-50 (см. рис. 4.14).

Рис. 4.14. Электрическая схема источника питания для внешнего нагревателя аквариума

Этот прибор можно оставлять включенным в сеть 220 В надолго. Его пожаробезопасность подтверждена длительными испытаниями. В источнике тока применен мощный трансформатор, для которого нагрузка в качестве нагревательного элемента L1 ничтожна мала. Сопротивление нагревательного элемента составляет 47,3 Ом. Соответственно ток, протекающий в цепи, будет равен:

I = U: R,

I_п= 0,55 А.

Потребляемая мощность рассчитывается по формуле:

Р = U*I

и составляет 14,3 Вт. Выделение тепловой энергии незначительно. Применять обогреватель можно в любом положении относительно поверхности земли.

Перед изготовлением нагревательного элемента надо позаботиться о нихромовой проволоке. Ее потребуется 4,86 м. Нагревательный элемент изготавливается так.

Нихромовая проволока диаметром 0,4 мм наматывается равными витками на плоскую пожаробезопасную пластину (толщина 1–3 мм) из стеклотекстолита длиной 31 см, как показано на рисунке 4.15.

Рис. 4.15. Внешний вид пластины для намотки нихромовой проволоки нагревателя

Пластина имеет ширину 12,5 см. Края стеклотекстолита нужно вырезать зубчиками.

Это удобно и быстро можно сделать кусачками. Глубина зубчиков 5-7 мм. Зубчики нужны для того, чтобы намотанная с легким натяжением нихромовая проволока прочно оседала в пазах.

На заготовке с указанными размерами уместится 18 витков. Концы обмотки соединяются методом скрутки с гибким монтажным многожильным электрическим проводом, общим сечением не менее 1 мм². Места скрутки твердо фиксируются заклепками сквозь проделанные в текстолите отверстия диаметром 3,5–5 мм.

В качестве заклепок используются любые, в том числе применяемые в пошивочном производстве. Готовую обмотку оборачивают два раза плотным тканевым мешком из саржи. Края материала обшиваются. Можно применять сатин и бязь. Электрические провода выводятся через ткань в месте обшивки и соединяются с источником тока через компактный разъем РШ-2Н или клеммник. Длина проводов от источника тока должна стремиться к минимальной для того, чтобы исключить большие потери энергии в соединительных проводах.

В электрическую схему введен световой индикатор – светодиод HL1. Диод VD1 выпрямляет, а постоянный резистор R1 ограничивает ток в его цепи. Если индикатор не нужен, то эту цепь из схемы исключают. Светодиод АЛ307Б красного цвета излучения. Вместо него можно применить любой светодиод с прямым током до 20 мА и максимальным напряжением 2,5 В. Если применить мигающий светодиод зарубежного производства L-56DGD, L-769BGR или соответствующий отечественный, тогда схему можно разнообразить: индикатор будет мигать с частотой около 2 Гц. Включатель питания SA1 любой, например П2К. Вместо выпрямительного диода VD1 применяют КД103, КД202, КД226 с любым буквенным индексом. Постоянный резистор типа МЛТ-0,5. Вместо трансформатора Т1 можно применять любой другой с выходным переменным напряжением 24–26 В и мощностью не менее 20 Вт.

4.7.3. Внутренний подогрев воды в аквариуме

Для внутреннего подогрева воды в аквариумах используются специальные промышленные приборы-помощники, например, нагреватель в стеклянной колбе, который можно приобрести в магазинах, торгующих аквариумными аксессуарами. Такой нагреватель, действующий от сети 220 В, показан на рисунке 4.16.

Рис. 4.16. Внешний вид нагревателя воды в аквариуме

Нагреватель защищен от проникновения воды (герметичен) и надежен, поскольку в случае короткого замыкания сработает защита и он автоматически отключится от сети. Такой нагреватель работает у автора более 10 лет без сбоев. Часть электрических схем в этой главе специально предназначена для управлением таким пассивным нагревателем.

Активным считается нагреватель, который имеет встроенное устройство управления (таймер, регулятор температуры). Такие устройства сегодня также можно без труда приобрести.