Termoelektristen jäähdytysmoduulien sovellukset
Termoelektrisen jäähdytyssovelluksen ydin on termoelektrinen jäähdytysmoduuli. Termoelektrisen pinon ominaisuuksien, heikkouksien ja käyttöalueen mukaan pinoa valittaessa on määritettävä seuraavat ongelmat:
1. Määritä termoelektristen jäähdytyselementtien toimintatila. Työvirran suunnan ja koon mukaan voit määrittää reaktorin jäähdytys-, lämmitys- ja vakiolämpötilan suorituskyvyn. Vaikka yleisimmin käytetty menetelmä on jäähdytys, ei pidä unohtaa sen lämmitys- ja vakiolämpötilan suorituskykyä.
2. Määritä kuumapään todellinen lämpötila jäähdytyksen aikana. Koska reaktori on lämpötilaerolaite, parhaan jäähdytystehon saavuttamiseksi reaktori on asennettava hyvälle jäähdyttimelle. Hyvien tai huonojen lämmönpoisto-olosuhteiden mukaan määritettäessä reaktorin lämpöpään todellinen lämpötila jäähdytyksen aikana on huomattava, että lämpötilagradientin vaikutuksesta reaktorin lämpöpään todellinen lämpötila on aina korkeampi kuin jäähdyttimen pintalämpötila, yleensä alle muutaman kymmenesosan astetta, yli muutaman asteen, kymmenen astetta. Vastaavasti kuumapään lämmönpoistogradientin lisäksi jäähdytetyn tilan ja reaktorin kylmän pään välillä on myös lämpötilagradientti.
3. Määritä reaktorin työympäristö ja ilmakehä. Tähän sisältyy se, käytetäänkö TEC-moduuleja, tyhjiössä vai tavallisessa ilmakehässä toimivia termoelektrisiä jäähdytysmoduuleja, kuivaa typpeä, paikallaan pysyvää vai liikkuvaa ilmaa sekä ympäristön lämpötila, joista otetaan huomioon lämmöneristystoimenpiteet (adiabaattiset) ja lämpövuodon vaikutus.
4. Määritä termoelektristen elementtien työkohde ja lämpökuorman suuruus. Kuumapään lämpötilan vaikutuksen lisäksi TEC N,P -elementtien saavuttama minimilämpötila tai maksimilämpötilaero määritetään kahdessa tilassa: kuormittamattomassa ja adiabaattisessa tilassa. Itse asiassa Peltierin N,P -elementit eivät voi olla aidosti adiabaattisia, vaan niillä on oltava myös lämpökuorma, muuten sillä ei ole merkitystä.
5. Määritä termoelektrisen moduulin, TEC-moduulin (Peltier-elementit), taso. Reaktorisarjan valinnan on täytettävä todellisen lämpötilaeron vaatimukset, eli reaktorin nimellisen lämpötilaeron on oltava suurempi kuin todellinen vaadittu lämpötilaero, muuten se ei voi täyttää vaatimuksia. Sarjaa ei kuitenkaan saa olla liikaa, koska reaktorin hinta paranee huomattavasti sarjan kasvaessa.
6. Termoelektristen N,P-elementtien tekniset tiedot. Kun Peltier-laitteen N,P-elementtien sarja on valittu, voidaan valita Peltier-N,P-elementtien tekniset tiedot, erityisesti Peltier-jäähdyttimen N,P-elementtien käyttövirta. Koska on olemassa useita erilaisia reaktoreita, jotka voivat samanaikaisesti saavuttaa lämpötilaeron ja kylmäntuotannon, mutta erilaisten käyttöolosuhteiden vuoksi valitaan yleensä reaktori, jolla on pienin käyttövirta. Koska tukitehokustannukset ovat tässä vaiheessa pienet, mutta reaktorin kokonaisteho on ratkaiseva tekijä, sama syöttöteho käyttövirran pienentämiseksi on nostettava jännitettä (0,1 V komponenttiparia kohden), joten komponenttien logaritmin on kasvettava.
7. Määritä N,P-elementtien lukumäärä. Tämä perustuu reaktorin kokonaisjäähdytystehoon lämpötilaerovaatimusten täyttämiseksi. On varmistettava, että reaktorin jäähdytystehon summa käyttölämpötilassa on suurempi kuin työkappaleen lämpökuorman kokonaisteho, muuten se ei täytä vaatimuksia. Pinon lämpöinertia on hyvin pieni, enintään yksi minuutti tyhjäkäynnillä, mutta kuorman inertian vuoksi (pääasiassa kuorman lämpökapasiteetin vuoksi) todellinen työnopeus asetetun lämpötilan saavuttamiseksi on paljon suurempi kuin yksi minuutti ja jopa useita tunteja. Jos työnopeusvaatimukset ovat suuremmat, pinojen lukumäärä on suurempi, ja lämpökuorman kokonaisteho koostuu kokonaislämpökapasiteetista ja lämpövuodosta (mitä alhaisempi lämpötila, sitä suurempi lämpövuoto).
Yllä mainitut seitsemän näkökohtaa ovat yleisiä periaatteita, jotka on otettava huomioon valittaessa termoelektrisiä N- ja P-peltier-elementtejä. Niiden mukaan alkuperäisen käyttäjän tulisi ensin valita vaatimusten mukainen termoelektrinen jäähdytysmoduuli, peltier-jäähdytin ja TEC-moduuli.
(1) Vahvista ympäristön lämpötilan Th ℃ käyttö
(2) Jäähdytetyn tilan tai esineen saavuttama matala lämpötila Tc ℃
(3) Tunnettu lämpökuorma Q (lämpöteho Qp, lämpövuoto Qt) W
Kun tiedetään Th, Tc ja Q, tarvittavien termoelektristen jäähdyttimien N,P-elementtien määrä ja TEC-elementtien N,P-elementtien lukumäärä voidaan arvioida termoelektristen jäähdytysmoduulien, Peltier-jäähdyttimen ja TEC-moduulien ominaiskäyrän avulla.
Julkaisun aika: 13.11.2023
