Thiết kế tấm lạnh nhiệt điện cho mô-đun Peltier

Tấm lạnh TEC hoặc tấm Peltier có thể là bề mặt kim loại tiếp xúc trực tiếp với linh kiện, khối chất lỏng điều hòa lưu chất, hoặc phần phía lạnh của cụm hoàn chỉnh gồm TEC, thải nhiệt phía nóng, cảm biến và điều khiển.

Cần thống nhất thuật ngữ từ đầu: một số nhóm gọi tấm lan nhiệt phía tải là tấm lạnh, nhóm khác chỉ dùng tên này cho bộ trao đổi chất lỏng gia công. Bản vẽ biên và giao diện giúp tránh báo giá sai kiến trúc.

Tiếp xúc trực tiếp tạo đường nhiệt ngắn tới tải rắn và cơ khí có thể đơn giản. Tấm chất lỏng vận chuyển lạnh qua mạch tới tải xa hoặc phân tán, nhưng thêm sụt áp, gioăng, lựa chọn bơm và tương thích chất làm mát.

Hợp kim nhôm nhẹ, dễ gia công và có độ dẫn nhiệt hữu ích. Đồng dẫn nhiệt cao hơn và có thể tăng lan nhiệt trong hình học hạn chế, nhưng tăng khối lượng, chi phí và yêu cầu gia công.

Xử lý bề mặt, ăn mòn, hóa học chất làm mát, cặp điện hóa, độ sạch và cách làm kín có thể quan trọng hơn độ dẫn khối. Vì vậy đồng không mặc nhiên tốt hơn. Lựa chọn phải gồm tương thích cơ khí và chất lỏng.

Tấm mỏng có thể cong, tạo gradient cục bộ hoặc không lan nhiệt từ TEC nhỏ tới tải lớn. Tấm dày cải thiện lan nhiệt nhưng tăng khối lượng, kích thước, chi phí và quán tính, làm chậm hạ nhiệt cùng đáp ứng điều khiển.

Độ dày đúng phụ thuộc chênh lệch diện tích, bản đồ mật độ nhiệt, gradient cho phép, bố trí chi tiết bắt và yêu cầu quá độ. Với nhiều TEC, đánh giá khoảng cách và tổn thất mép để tránh điểm lạnh trên mô-đun và vùng ấm giữa chúng. Không có độ dày tối ưu chung.

Cả giao diện TEC-tấm và tấm-tải cần đủ phẳng cùng lớp tiếp xúc được kiểm soát. Mỡ nhiệt hoặc TIM khác lấp khe vi mô nhưng không nên bù sai số hình học lớn.

Dùng kiểu bắt hoặc tấm phân lực tạo nén đều. Tránh tải điểm, uốn gốm, mặt nghiêng và lực từ ống. Áp suất cùng mô-men cho phép phải theo TEC, độ cứng tấm và phương pháp lắp thay vì giá trị chung.

Kênh ngoằn ngoèo ép toàn bộ dòng qua một đường và cho thời gian lưu dễ dự đoán, nhưng sụt áp tăng theo chiều dài. Kênh song song hoặc nhiều nhánh giảm sụt áp và tăng phủ, nhưng cần ống góp cân bằng để tránh phân bố lệch.

Vị trí vào/ra, tiết diện, vùng chết, thoát bọt, đường cong bơm, gioăng và tương thích chất làm mát phải được thiết kế cùng nhau. Mẫu tốt nhất phụ thuộc phân bố nhiệt và giới hạn thủy lực; không có loại kênh luôn vượt trội.

Một TEC có thể phục vụ tải nhỏ ở giữa khi lan nhiệt đủ. Tải lớn hoặc không đều có thể cần ma trận, nhưng mỗi mô-đun thêm sẽ tăng điện đầu vào và Qh phía nóng.

Đặt khoảng cách TEC từ bản đồ lan nhiệt và tải thực. Xác nhận bộ tản nhiệt hoặc khối chất lỏng phía nóng hỗ trợ mọi mô-đun, gồm cả mép. Đo nhiệt độ tâm-mép và điểm nóng với lắp đặt cùng cách nhiệt đại diện.

Cảm biến bề mặt điều khiển tấm; cảm biến gần tải điều khiển điều kiện sản phẩm; cảm biến vào/ra cho biết nhiệt chất lỏng hấp thụ; cảm biến phía nóng bảo vệ TEC và bộ tản nhiệt. Đây là các mục tiêu khác nhau.

Đặt cảm biến chính nơi đại diện biến quan trọng mà không bị điểm lạnh cục bộ chi phối. Độ trễ, cách gắn, dẫn nhiệt qua dây và tinh chỉnh bộ điều khiển ảnh hưởng ổn định. Cảm biến an toàn phải độc lập nếu một cảm biến không bảo vệ mọi lỗi.

Khi tấm hoặc ống dưới điểm sương, phải coi ngưng tụ là điều kiện thiết kế. Cách nhiệt bề mặt và mép lạnh, hạn chế đường hơi ẩm và tạo đường kiểm soát cho nước vẫn hình thành.

Bảo vệ mạch khỏi giọt và ẩm dẫn điện, chọn keo tương thích chu kỳ nhiệt và tránh khe cách nhiệt quanh đầu nối cùng cảm biến. Điểm sương phụ thuộc cả độ ẩm và nhiệt độ; chỉ thử trong phòng khô là chưa đủ.

Một tấm lạnh có thể sản xuất bắt đầu từ các biên cơ khí, nhiệt và chất lỏng rõ ràng.

Dùng phân tích để thu hẹp thiết kế, sau đó dùng phép đo nguyên mẫu để khép khoảng cách giữa mô hình và cụm thực.

Hiệu suất tấm lạnh phụ thuộc toàn đường từ tải qua tấm, TEC, phía nóng tới môi trường. Độ cứng cơ khí, phân bố chất lỏng, cảm biến và chống ngưng tụ là một phần hiệu suất nhiệt, không phải chi tiết phụ.

Arkmex có thể phát triển tấm, ma trận TEC, bộ tản nhiệt hoặc vòng nước phía nóng, cảm biến và bộ điều khiển theo hình học thiết bị. Bản vẽ giao diện đầy đủ và phạm vi vận hành là điểm bắt đầu tốt nhất.