Hiệu suất bộ làm mát Peltier: COP, bộ tản nhiệt và chênh lệch nhiệt độ

Người mua thường hỏi bộ làm mát Peltier có hiệu quả hay làm mát được bao nhiêu watt. Không thể trả lời chỉ từ điện áp danh định, công suất vào hoặc Qcmax vì mô-đun nằm trong một mạng nhiệt. Cùng một TEC có thể tạo làm mát hữu ích ở ΔT nhỏ nhưng mất nhiều khả năng khi phía nóng ấm lên.

Qcmax thường được đo gần nhiệt độ phía nóng quy định với rất ít chênh lệch nhiệt độ. ΔTmax thường được đo gần tải nhiệt hữu ích bằng không. Cả hai không phải điểm vận hành có tải của thiết bị đã lắp; phải dùng đường cong hoặc dữ liệu nhà sản xuất tại dòng và nhiệt độ thực.

Hệ số hiệu suất so sánh nhiệt hữu ích được loại bỏ ở phía lạnh với công suất điện cấp cho TEC. Đây là kết quả tại một điểm vận hành, không phải thông số cố định của mô-đun.

COP lớn hơn 1 là có thể vì điện đầu vào bơm lượng nhiệt đã tồn tại; điều đó không tạo ra năng lượng. Tổn hao bộ điều khiển, quạt, bơm và mạch phụ chỉ được tính khi kỹ sư chủ động tính COP toàn hệ thống.

Phía nóng nhận cả nhiệt lấy từ vật được làm mát và công suất điện chuyển thành nhiệt trong TEC. Chọn bộ tản nhiệt chỉ theo Qc sẽ đánh giá thấp tải thực và làm Th tăng.

Quạt, bơm và điện tử công suất có thể đưa thêm nhiệt vào vỏ. Hãy tính phần này khi đánh giá nhiệt độ không khí trong vỏ, dù nó không nằm trong phương trình TEC.

ΔT liên quan là chênh lệch giữa hai mặt gốm TEC, không mặc nhiên là chênh lệch giữa không khí môi trường và nhiệt độ mục tiêu của sản phẩm.

Độ giảm nhiệt xuất hiện qua vật được làm mát, tấm lạnh, vật liệu tiếp xúc, tấm lắp, giao diện phía nóng và bộ tản nhiệt. Vì vậy mục tiêu 10°C trong môi trường 25°C có thể đòi hỏi ΔT TEC lớn hơn nhiều 15°C khi tính độ tăng bộ tản nhiệt và điện trở tiếp xúc.

Mục tiêu phía lạnh thấp hơn thường làm ΔT tăng; phía nóng ấm hơn làm nó tăng tiếp. Khi ΔT lớn, nhiệt dẫn ngược về phía lạnh và nhiệt Joule chiếm nhiều khả năng hơn, nên Qc hữu ích và COP thường giảm.

Quan hệ này phi tuyến và phụ thuộc dòng cùng cấu tạo mô-đun. Tăng dòng có thể tăng bơm nhiệt ở một phần đường cong, nhưng gần dòng tối đa, nhiệt điện bổ sung có thể quá tải phía nóng và giảm hiệu suất tổng. Dòng tốt nhất gắn với điểm yêu cầu, không chỉ giới hạn mô-đun.

Điện trở nhiệt phía nóng chuyển Qh thành độ tăng nhiệt độ. Nếu không khí vào nóng hơn hoặc lưu lượng giảm, Th tăng; TEC làm việc qua ΔT lớn hơn và có thể lấy ít nhiệt hơn ở phía lạnh.

Bộ tản nhiệt phù hợp giúp Th thấp và ổn định hơn, tăng dự phòng Qc, COP, tốc độ hạ nhiệt và giảm thời gian chạy tối đa. Nó cũng giảm ứng suất lên giao diện, quạt và mạch gần đó. Phải đánh giá trong vỏ cuối vì tuần hoàn khí và cản trở luồng có thể chi phối thông số danh mục.

Cải thiện hiệu suất thường là công việc cấp hệ thống chứ không phải tìm TEC có dòng lớn nhất.

Hãy cung cấp toàn bộ phạm vi vận hành thay vì chỉ watt làm mát mong muốn. Điều đó giúp kỹ sư xác lập điểm vận hành có cơ sở và nhận diện sớm bất định.

Phân tích hiệu suất Peltier hữu ích phải nối Qc, Pin, Qh, Tc, Th, ΔT và điện trở nhiệt phía nóng. Qcmax và ΔTmax là các biên hữu ích nhưng không thay thế tính toán hệ thống có tải.

Arkmex có thể đánh giá TEC, giao diện lạnh, bộ tản nhiệt, quạt hoặc vòng chất lỏng, cảm biến và bộ điều khiển như một cụm OEM. Hãy cung cấp dữ liệu trong danh sách để kiểm tra thiết kế theo môi trường thiết bị thực.