Bisakah perangkat Peltier di-cascade?

Dapatkah perangkat Peltier di-cascade untuk menciptakan perbedaan suhu yang lebih besar? Seperti memasang satu di atas antera satu untuk meningkatkan perbedaan maksimum dari 60 derajat C hingga 120 derajat.

Ya, dan ini dilakukan secara teratur. Namun, ada batasan untuk apa yang dapat Anda capai, berdasarkan batas pada masing-masing perangkat (suhu minimum dan maksimum) dan efek seperti ketahanan termal total melalui tumpukan. Akhirnya Anda sampai pada titik di mana "kebalikan kebocoran" panas melalui tumpukan (yang naik dengan perbedaan suhu ujung ke ujung) sama dengan kemampuan tumpukan untuk menghilangkan panas.

Masalah lain adalah inefisiensi relatif perangkat Peltier. Biasanya fluks panas yang keluar dari sisi panas masing-masing perangkat berada pada urutan 3 hingga 5 kali panas masuk ke sisi dingin. Saat Anda menumpuk perangkat, masing-masing perangkat harus berukuran lebih besar dari yang sebelumnya, yang menyebabkan masalah dengan ukuran tipis (yang juga akan kembali ke masalah kebocoran panas).

Tentu, namun karena efisiensi yang menyedihkan itu biasanya menumpuk dalam ukuran yang meningkat, semacam tahap roket, sehingga yang paling gemuk adalah berurusan dengan aliran panas dari yang lain.

Foto dari sini .

Mereka pasti dapat mengalir, tetapi masalahnya adalah bahwa tahap hangat bisa memiliki kapasitas perpindahan panas lebih dari dingin.

AFAIK termoelektrik paling efektif memiliki faktor transfer ~ 100%, berarti, mereka mengkonsumsi energi dan menghasilkan panas 1 W per 1 W ditransfer dari sisi dingin (lemari es berbasis kompresor memiliki sekitar 300%, mereka mentransfer panas 3 W per daya 1 W).

Katakanlah Anda perlu mentransfer sekitar 1 W panas dari perangkat Anda. Kemudian tahap terdingin bisa menghasilkan 2 W panas pada ujungnya yang panas, dan semua panasnya harus ditransfer ke tahap berikutnya. Tahap selanjutnya akan menghasilkan 4 W panas. Kemudian 8 W dan seterusnya.

Peltier bertingkat akan terlihat seperti ini:

Iya nih. Anda dapat menggelar beberapa Peltiers satu tahap, jika perhatian diberikan pada aliran listrik dan termal. Anda akan melihat bahwa perangkat bertingkat biasanya memiliki area fisik yang menurun untuk tahap yang lebih dingin. Ini karena Anda memiliki jumlah "dingin" yang berkurang yang tersedia di setiap tahap berurutan sebagai tahap yang lebih panas sebelum mereka harus memompa energi termal dari tahap yang lebih dingin ditambah kerugian resistif listrik dari tahap yang lebih dingin.

Karena efisiensi rendah dari pendingin Peltier dan input listrik, tahap dingin harus dioperasikan pada input listrik yang jauh lebih rendah daripada tahap panas yang mendinginkannya. Sangat mudah untuk membanjiri tahap yang lebih panas dengan energi panas dari input DC dari tahap yang lebih dingin dan tidak mendapatkan pendinginan sama sekali.

Secara langsung menumpuk modul Peltier bermasalah dalam praktiknya. Heat-sink yang dibutuhkan sangat besar. Anda dapat menganggap array serial Peltier (ditumpuk) dalam suatu sistem sebagai mesin yang harus 'dimulai'.

Jika heat sink terlalu besar, perlu waktu lama untuk memulai pemanasan / pendinginan. Ini mudah dikompensasi dengan menggunakan kipas dengan heat sink, dan kemudian mencekik kipas pada saat startup.

Meskipun saya gagal memahami keuntungan dari pemanasan berbasis Peltier, selain dalam sistem yang beralih antara pemanasan dan pendinginan untuk tugas yang sama.

Elemen resistif lebih tahan lama dan lebih mudah dikontrol daripada Peltiers untuk pemanasan, karena elemen-elemen tersebut dapat didaur ulang berkali-kali.

Desain yang saya gunakan untuk beberapa modul Peltier yang ditumpuk adalah satu 12706 antara heat sink / kipas di sisi output dan batang tembaga jadi dua kali lebar 12706, pada debit.

Di sisi lain batang tembaga terdapat (2) 12706s secara paralel, secara mekanis, dan heat sink / kipas aluminium yang berat di sisi keluaran akhir.

Elemen Peltier individu (TEC) dihubungkan secara paralel. Saya mengendarai array paralel 12706s dengan maksimum 15ADC, 12VDC, RTD-disiplin, PSU linier, tegangan konstan.

PSU linier tidak efisien dalam dan dari dirinya sendiri. Jadi, SMPS-disiplin SMPS (efisiensi> 90%) adalah pilihan yang lebih efisien.

Sistem itu untuk pendinginan (mencapai -12C pada suhu kamar sekitar), tetapi jika Anda membalikkannya, itu akan bekerja untuk pemanasan. Elemen peltier tidak boleh dipanaskan di atas suhu solder yang digunakan untuk membuatnya. Eksperimen yang ceroboh atau tidak berpengalaman dapat dengan mudah menyebabkan hal ini.

Anda hanya ingin memastikan (2) hal: bahwa Anda tidak tenggelam terlalu banyak panas dari sisi panas, karena perpindahan panas tergantung pada perbedaan suhu dari kedua sisi. Properti dari modul TEC memiliki keterbatasan istimewa.

Jika sisi panas tidak cukup panas, sistem tidak akan mentransfer panas, dan penarikan daya akan rendah. Dan juga bahwa perpindahan panas tidak mengubah parasit dan kehabisan sisi dingin, sehingga seluruh array hanyalah pemanas. Itu dapat melelehkan solder dalam modul TEC (Peltier).

Saya menemukan spesifikasi yang paling berguna pada modul TEC adalah kisaran nilai suhu optimal pada sisi panas dan dingin. Segala sesuatu yang lain selain input listrik dapat diturunkan melalui eksperimen. Tetapi jika Anda mencoba untuk mendapatkan deltaT yang ditentukan menggunakan suhu tinggi dan rendah yang salah, Anda mungkin tidak mendapatkan kapasitas transfer panas penuh dari modul.

Sebagian besar keuntungan yang diperoleh dengan modul TEC berkualitas adalah mereka beroperasi dengan diferensial pengenal suhu bergeser lebih rendah. Delta 66C dapat 44C-100C, atau 0C-66C.

Tidak semua deltaT> = 66C yang diberi peringkat modul TEC akan beroperasi dengan baik di delta 0C-66C, atau lebih rendah. Mereka dapat memberikan transfer panas terbesar di delta 44C-100C. Pendingin sisi dingin mendapatkan sistem yang lebih diinginkan, biasanya.

Juga diperlukan bahwa senyawa antarmuka transfer termal diterapkan antara modul TEC dan apa yang mereka antarmuka. Tidak ada modul TEC yang terhubung langsung ke atmosfer. Selalu ada sesuatu di kedua sisi modul Peltier.

Saya 'tidak' dapat memperoleh hasil yang memuaskan langsung menumpuk 12712 ke sisi panas 12706.

Sekitar 2009 saya menyiapkan satu cryocooler seperti itu, menggunakan tumpukan 3-tahap Peltier dan pendingin kartu video PC berpendingin udara terbesar yang dijual dengan 7 pipa panas (Anda dapat mencari publikasi untuk instrumen iodine ROFLEX).

Kemudian klien ingin membuat lebih banyak salinan di sekitar saya dan bertanya ke pabrik pelat Peltier pendingin udara apa yang harus dia gunakan. Jawaban yang saya bangga dengar adalah - dengan trombosit kami benar-benar mustahil untuk mendinginkan apa pun, menggunakan jenis pendingin udara apa pun. Hanya masalah di Peltier bukanlah aliran panas seperti itu, tetapi intensitas aliran panas pada radiator sentimeter persegi kontak tempat. Trombosit memiliki ukuran yang agak kecil, sekitar 4x4 atau 2x2 cm, sehingga aliran panas 100W ada lebih banyak.

Sebenarnya, platelet 3-kaskade dalam kasus saya memberikan perbedaan 116 C antara pelat akhir, yang dekat dengan asrama teoretis, sehingga saya dapat menghasilkan stabil minus 45 C pada iklim tropis.

Tahun ini saya perlu mendapatkan lebih banyak lagi, -100C untuk 1 cm3 oleh radiator berpendingin air ketika udara 50C akan menjadi sasarannya. Untuk sementara saya tidak yakin apakah itu mungkin sama sekali.

Saya menulis ini untuk memastikan bahwa -45 C benar-benar mungkin, tetapi tidak jauh lebih dalam. Teori mengatakan bahwa trombosit ke-4 lebih dari tiga akan merusak proses alih-alih meningkatkannya.

Ya, perangkat kecil sebenarnya dijual untuk tujuan ini. Anda bahkan dapat membeli tumpukan siap pakai dengan bahan yang sesuai pada setiap tahap sehingga masalah saturasi panas dikurangi (jika saya ingat mereka menggunakan proses efisiensi yang lebih tinggi di atas dengan mengganti Sb ke BiTe) Saya punya rencana untuk mencoba dan mendinginkan sampel dari SH21Pd97? di bawah tekanan ke suhu mendekati cryogenic dan melihat apakah resistensi turun tiba-tiba, dan menduplikasi percobaan yang sama dengan Bi-2223 sebagai kontrol dengan beberapa tweak kemudian yang mungkin meningkatkan Tc hingga 20%. Bahkan mungkin peningkatan laser melalui laser IR yang disetel.