Аквариумный холодильник

Виталий,
throgvar@online.ru

Когда мое увлечение аквариумистикой доросло до разведения более-менее капризных в этом плане видов, я задумался об охлаждении воды в выростном аквариуме. Все-таки малек - не взрослая рыба, он более восприимчив ко всем параметрам воды, в том числе и к температуре.

Идеально - кондиционер на всю квартиру - и рыбам хорошо, и людям тоже. Но в московском климате он будет использоваться в лучшем случае 1-2 месяца в году. Заплатить за такой кратковременный комфорт от $1000 и выше - не все могут себе позволить.

Простейший подход - вентиляторы, ускоряющие испарение воды. Но эксперимент показал, что в 25 литровом аквариуме таким способом можно охладить воду всего на 2 - 4 градуса относительно температуры окружающего воздуха. Как правило, этого достаточно, но не всегда. Плюс, усиленное испарение приводит к повышению концентрации вредных веществ. В большом, неперенаселенном аквариуме на это можно не обращать внимания, а если в 20 литрах резвятся под сотню малышей? И к тому же, интенсивность охлаждения зависит от влажности воздуха.

Еще вариант - проточная вода - не подходил уже потому, что аквариум стоит в самой дальней комнате от водопровода и канализации, да и к тому же хлор, и параметры воды...

Вспомнил, что особо продвинутые компьютерщики (с некоторой натяжкой отношу к ним и себя) используют для охлаждения процессоров полупроводниковые холодильники - модули Пельтье. Приобрел такой модуль, поэкспериментировал, поработал руками и - получилось!

Сразу хочу предупредить тех, кто хочет использовать такой холодильник в больших аквариумах - мощность охлаждения у него невысокая. К примеру, в банке на 25 л при длительной работе температура воды опускается на 10-12 градусов ниже температуры окружающего воздуха, а в 150-л банке - на 2-3. Для аквариумов больших размеров все же проще использовать вентиляторы.

Теория

Модуль Пельтье - устройство, работающее, извините за нескладность, на принципе эффекта Пельтье, заключающегося в том, что при пропускании электрического тока через спай двух полупроводников с различной проводимостью один из них нагревается, а другой - охлаждается. Не буду вдаваться в подробности, всю теорию проходят если не в школьном, то в вузовском курсе физики, также подробные статьи можно найти в интернете, в частности на сайте http://www. kryotherm.spb.ru . Скажу только, что разность температур холодной и горячей сторон для конкретного модуля зависит только от протекающего через него тока. Для использованного мной она составляет (по паспорту) 72 градуса при напряжении 15.5 Вольт и потребляемой мощности 53 Вт. Таким образом, обеспечив хороший отвод тепла от горячей поверхности модуля, на холодной мы можем получить температуру даже ниже нуля.

Комлектующие

Модуль Пельтье возможно большего размера (и мощности) - можно купить в продвинутых (не крутых!!!) компьютерных магазинах, или в крупных магазинах радиодеталей. Я покупал в магазине "Чип и Дип".
Два теплоотводящих радиатора по возможности большего размера (один с охлаждающим вентилятором). Радиатор, находящийся в воде, обязательно должен быть алюминиевым, медь в присутствии воды образует токсичные соли. Я использовал кулеры для процессоров "Athlon".
Теплопроводящая паста (КПТ-8 или Алсил-3) - в тех же магазинах.
Блок питания - любой, способный выдать 12-15 вольт при 4 амперах. Если используется аппарат с переменным током на выходе, то еще нужен выпрямитель на высокочастотных мощных диодах. Идеально - диоды Шоттки, но сойдут и КД213. Я использовал именно их совместно с импульсным преобразователем для питания галогеновых ламп - 12 В 50 Вт.
Пластина из твердого пластика (оргстекло, полистирол и т.п. - безвредный для воды) толщиной 2-2,5 мм (на 1-1,5 мм меньше толщины модуля Пельтье, чтобы провести провода), размер - немного больше размера радиаторов. Будет служить основанием всей конструкции (далее - основание). Если холодильник будет стоять в герметичной канистре - можно использовать верхнюю сторону самой канистры (об этом далее).
Корпус, шланги, помпа и др. - в зависимости от того, какой конструктив будет выбран. Об этом ниже.
Винтики, гаечки, шайбочки - найдутся в хозяйстве любого уважающего себя мужчины.

Конструкция

Никаких конкретных чертежей не даю - только общие принципы.

По центру основания выпиливаем квадратное отверстие размером на 2-3 мм больше размера модуля (он должен свободно входить в отверстие).
Продумываем и подготавливаем способ крепления радиаторов к основанию, руководствуясь следующими критериями (вентиляторы с радиаторов нужно снять - на "водном" он вообще не нужен, а на "воздушный" потом вернем):
а) Оба радиатора должны плотно, но без большого усилия (чтобы не расколоть модуль), прилегать к модулю с разных сторон так, чтобы модуль находился по центру каждого радиатора.
б) Радиатор, находящийся в воде, должен плотно прилегать к пластине (желательно герметичное соединение т.к. вода ни в коем случае не должна попадать на модуль). Можно залить по периметру силиконом или термоклеем.
в) Радиатор, находящийся в воздухе, желательно сделать съёмным, т.к. эффективность охлаждения воды в первую очередь зависит от отвода тепла воздухом - в последствии можно будет установить радиатор большего размера и более эффективный вентилятор.
г) Радиаторы нежелательно соединять между собой металлическим крепежом - это ухудшит их термоизоляцию друг от друга. Желательно прикрепить радиаторы к основанию независимо друг от друга.
Крепим радиатор, находящийся в воде, к основанию.
На участок этого радиатора, находящийся в пропиленном окне, наносим теплопроводящую пасту, устанавливаем в окно модуль "холодной" стороной на пасту и сильно придавливаем. Пасты должно быть столько, чтобы она распределилась на всю площадь модуля, но не сильно выдавилась за край (паста не должна попасть внутрь модуля). Эту операцию, возможно, придется повторить несколько раз, осторожно отклеивая модуль и удаляя пасту.
Наносим пасту на "горячую" поверхность модуля (руководствуясь теми же критериями), прижимаем "воздушным" радиатором и крепим радиатор к основанию. Провода, идущие от модуля, должны быть доступны (возможно, их придется удлинить).
Устанавливаем на "воздушный" радиатор вентилятор.
Подключаем провода от модуля Пельтье и вентилятора к блоку питания (не перепутайте полярность!).
"Сердце" холодильника готово - можно испытывать: опускаем в широкий неглубокий сосуд (тарелка) холодильник так, чтобы "водный" радиатор стоял на дне, наливаем воду примерно на 2/3 высоты "водного" радиатора и включаем. Нагрев "воздушного" радиатора можно почувствовать на ощупь уже через несколько секунд, охлаждение воды происходит не так быстро, но через 5-10 минут уже заметно.
Если все работает правильно, можно заняться установочной конструкцией холодильника.

Установка

Мной опробовано 3 варианта установки холодильника в аквариуме. Замечу, что с точки зрения эффективности охлаждения воды они примерно одинаковы и отличаются только эстетичностью конструкции и сложностью изготовления.

Просто устанавливаем холодильник так, чтобы "водный" радиатор был погружен в воду, можно не полностью. Желательно, чтобы он оказался в потоке воды, создаваемом фильтром. Еще раз напоминаю - вода не должна попадать на модуль Пельтье. Плюс - простота конструкции, минус - опасность попадания воды на модуль и неэстетичность.
Установка холодильника во внешний фильтр-водопад вместо наполнителя. Плюс - возможность изоляции модуля Пельтье от воды и скрытной установки, минус - приходится ломать фильтр.
Установка холодильника ("водного" радиатора) в герметичной канистре и врезка ее в выходной шланг внешнего канистрового фильтра. Плюс - полная скрытность конструкции, минус - трудоемкость изготовления и герметизации, необходимость наличия канистрового фильтра (можно обойтись помпой, но обязательно с фильтром грубой очистки на входе). У меня в данный момент реализован этот вариант, немного доработанный - холодильник врезан в боковую стенку тумбы под аквариумом так, что канистра с "водным" радиатором находится внутри, а "воздушный" радиатор - снаружи. Плюс - дополнительная теплоизоляция.

Так же возможен вариант, если вместо "водного" радиатора использовать змеевик из тонкой металлической трубки, имеющей хороший тепловой контакт с модулем Пельтье, или готовый ватерблок для процессора или видеокарты (в связи со все бОльшим распространением жидкостных систем охлаждения для компьютеров они стали появляться в продаже). В этом случае необходимо обеспечить хорошую теплоизоляцию ватерблока от окружающего воздуха, например, обложив его пенопластом, или залив монтажной пеной.