Toepassingen van thermo-elektrische koelmodules
De kern van een thermo-elektrisch koelsysteem is de thermo-elektrische koelmodule. Bij de selectie van een thermo-elektrische module moet rekening worden gehouden met de eigenschappen, zwakke punten en het toepassingsgebied ervan.
1. Bepaal de werkingsstatus van de thermo-elektrische koelelementen. Aan de hand van de richting en de grootte van de werkstroom kunt u de koel-, verwarmings- en temperatuurhandhavingsprestaties van de reactor bepalen. Hoewel de koelmethode het meest gebruikt wordt, mogen de verwarmings- en temperatuurhandhavingsprestaties niet worden verwaarloosd.
2. Bepaal de werkelijke temperatuur van het hete uiteinde tijdens het koelen. Omdat de reactor een apparaat is met temperatuurverschillen, moet deze, om het beste koeleffect te bereiken, op een goede radiator worden geplaatst. Afhankelijk van de warmteafvoeromstandigheden moet de werkelijke temperatuur van het hete uiteinde van de reactor tijdens het koelen worden bepaald. Houd er rekening mee dat, vanwege de invloed van het temperatuurgradiënt, de werkelijke temperatuur van het hete uiteinde van de reactor altijd hoger is dan de oppervlaktetemperatuur van de radiator, meestal minder dan een paar tienden van een graad, meer dan een paar graden, of zelfs tien graden. Evenzo is er, naast het warmteafvoergradiënt aan het hete uiteinde, ook een temperatuurgradiënt tussen de gekoelde ruimte en het koude uiteinde van de reactor.
3. Bepaal de werkomgeving en atmosfeer van de reactor. Dit omvat of de TEC-modules en thermo-elektrische koelmodules in een vacuüm of in een gewone atmosfeer werken, droge stikstof, stilstaande of bewegende lucht, en de omgevingstemperatuur, op basis waarvan thermische isolatie (adiabatische) maatregelen in aanmerking worden genomen en het effect van warmtelekkage wordt bepaald.
4. Bepaal het werkingsdoel van de thermo-elektrische elementen en de grootte van de thermische belasting. Naast de invloed van de temperatuur van het warme uiteinde, wordt het minimale of maximale temperatuurverschil bepaald dat de TEC N,P-elementen kunnen bereiken onder de twee omstandigheden van onbelast en adiabatisch. In werkelijkheid kunnen Peltier N,P-elementen niet volledig adiabatisch zijn, maar moeten ze ook een thermische belasting hebben, anders is hun werking zinloos.
5. Bepaal het niveau van de thermo-elektrische module, de TEC-module (Peltier-elementen). De keuze van de reactorserie moet voldoen aan de eisen van het werkelijke temperatuurverschil, dat wil zeggen dat het nominale temperatuurverschil van de reactor hoger moet zijn dan het werkelijk vereiste temperatuurverschil, anders voldoet deze niet aan de eisen. De serie mag echter niet te complex zijn, omdat de prijs van de reactor aanzienlijk stijgt naarmate de serie complexer wordt.
6. Specificaties van de thermo-elektrische N,P-elementen. Nadat de reeks N,P-elementen voor het Peltier-element is geselecteerd, kunnen de specificaties van de Peltier-N,P-elementen worden gekozen, met name de werkstroom van de N,P-elementen van de Peltier-koeler. Omdat er verschillende soorten reactoren zijn die tegelijkertijd temperatuurverschillen en koudeproductie kunnen realiseren, wordt vanwege de verschillende bedrijfsomstandigheden meestal de reactor met de laagste werkstroom gekozen, omdat de energiekosten in dat geval laag zijn. Het totale vermogen van de reactor is echter een bepalende factor. Om de werkstroom bij hetzelfde ingangsvermogen te verlagen, moet de spanning worden verhoogd (0,1 V per paar componenten), waardoor het aantal componenten moet toenemen.
7. Bepaal het aantal N,P-elementen. Dit is gebaseerd op het totale koelvermogen van de reactor om aan de temperatuurverschilvereisten te voldoen. Het moet ervoor zorgen dat de som van de koelcapaciteit van de reactor bij de bedrijfstemperatuur groter is dan het totale vermogen van de thermische belasting van het werkobject, anders kan niet aan de vereisten worden voldaan. De thermische inertie van de schoorsteen is zeer klein, niet meer dan één minuut zonder belasting, maar vanwege de inertie van de belasting (voornamelijk door de warmtecapaciteit van de belasting) duurt het in de praktijk veel langer dan één minuut om de ingestelde temperatuur te bereiken, soms wel meerdere uren. Als de werksnelheid hoger is, zal het aantal schoepen groter zijn. Het totale vermogen van de thermische belasting bestaat uit de totale warmtecapaciteit plus het warmteverlies (hoe lager de temperatuur, hoe groter het warmteverlies).
De bovenstaande zeven aspecten zijn de algemene principes waarmee rekening moet worden gehouden bij de keuze van thermo-elektrische modules (N, P Peltier-elementen). Op basis hiervan dient de gebruiker in eerste instantie de thermo-elektrische koelmodules, Peltier-koelers en TEC-modules te kiezen die aan de vereisten voldoen.
(1) Bevestig het gebruik van de omgevingstemperatuur Th ℃
(2) De lage temperatuur Tc ℃ die bereikt wordt door de gekoelde ruimte of het gekoelde object
(3) Bekende thermische belasting Q (thermisch vermogen Qp, warmtelekkage Qt) W
Aan de hand van de karakteristieke curve van de thermo-elektrische koelmodules, Peltier-koelers en TEC-modules kunnen, gegeven Th, Tc en Q, de benodigde N,P-elementen van de thermo-elektrische koeler en het aantal TEC N,P-elementen worden geschat.
Geplaatst op: 13 november 2023
