Eine Einführung in das thermoelektrische Kühlmodul
Eine Einführung in das thermoelektrische Kühlmodul
Die thermoelektrische Technologie ist eine aktive Wärmemanagementtechnik, die auf dem Peltier-Effekt basiert.Es wurde 1834 von JCA Peltier entdeckt. Dieses Phänomen beinhaltet die Erwärmung oder Abkühlung der Verbindung zweier thermoelektrischer Materialien (Wismut und Tellurid), indem Strom durch die Verbindung geleitet wird.Während des Betriebs fließt Gleichstrom durch das TEC-Modul, wodurch Wärme von einer Seite auf die andere übertragen wird.Eine kalte und eine heiße Seite schaffen.Bei einer Umkehrung der Stromrichtung kommt es zu einem Wechsel der Kalt- und Warmseite.Seine Kühlleistung kann auch durch Ändern des Betriebsstroms angepasst werden.Ein typischer einstufiger Kühler (Abbildung 1) besteht aus zwei Keramikplatten mit p- und n-Halbleitermaterial (Wismut, Tellurid) zwischen den Keramikplatten.Die Elemente aus Halbleitermaterial sind elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet.
Thermoelektrische Kühlmodule, Peltier-Geräte und TEC-Module können als eine Art Festkörper-Wärmeenergiepumpe betrachtet werden und eignen sich aufgrund ihres tatsächlichen Gewichts, ihrer Größe und ihrer Reaktionsgeschwindigkeit sehr gut für den Einsatz als Teil der eingebauten Kühlung Systeme (aus Platzgründen).Mit Vorteilen wie leisem Betrieb, Bruchsicherheit, Stoßfestigkeit, längerer Nutzungsdauer und einfacher Wartung finden moderne thermoelektrische Kühlmodule und Peltier-Geräte sowie TEC-Module ein breites Anwendungsspektrum in den Bereichen militärische Ausrüstung, Luftfahrt, Luft- und Raumfahrt, medizinische Behandlung und Epidemie Prävention, Versuchsgeräte, Verbraucherprodukte (Wasserkühler, Autokühler, Hotelkühlschrank, Weinkühler, persönlicher Minikühler, Kühl- und Wärmeschlafmatte usw.).
Heutzutage wird die thermoelektrische Kühlung aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer geringen Größe oder Kapazität und ihrer geringen Kosten häufig in medizinischen, pharmazeutischen Geräten, der Luft- und Raumfahrt, dem Militär, Spektrokopiesystemen und kommerziellen Produkten (wie Heiß- und Kaltwasserspendern, tragbaren Kühlschränken usw.) eingesetzt. Autokühler und so weiter)
| Parameter | |
| I | Betriebsstrom zum TEC-Modul (in Ampere) |
| Imax | Betriebsstrom, der den maximalen Temperaturunterschied △T ausmachtmax(in Ampere) |
| Qc | Wärmemenge, die an der kalten Seitenfläche des TEC absorbiert werden kann (in Watt) |
| Qmax | Maximale Wärmemenge, die auf der kalten Seite aufgenommen werden kann.Dies geschieht bei I = Imaxund wenn Delta T = 0. (in Watt) |
| Theiß | Temperatur der heißen Seitenfläche beim Betrieb des TEC-Moduls (in °C) |
| Tkalt | Temperatur der kalten Seitenfläche bei Betrieb des TEC-Moduls (in °C) |
| △T | Temperaturunterschied zwischen der heißen Seite (Th) und die kalte Seite (Tc).Delta T = Th-Tc(in °C) |
| △Tmax | Maximaler Temperaturunterschied, den ein TEC-Modul zwischen der heißen Seite (Th) und die kalte Seite (Tc).Dies geschieht (maximale Kühlleistung) bei I = Imaxund Qc= 0. (in °C) |
| Umax | Spannungsversorgung bei I = Imax(in Volt) |
| ε | Kühleffizienz des TEC-Moduls (%) |
| α | Seebeck-Koeffizient des thermoelektrischen Materials (V/°C) |
| σ | Elektrischer Koeffizient des thermoelektrischen Materials (1/cm·Ohm) |
| κ | Thermoleitfähigkeit von thermoelektrischem Material (W/CM·°C) |
| N | Anzahl der thermoelektrischen Elemente |
| Iεmax | Anliegender Strom, wenn die Temperatur der heißen Seite und der alten Seite des TEC-Moduls einen bestimmten Wert hat und es erforderlich ist, den maximalen Wirkungsgrad (in Ampere) zu erreichen. |
Einführung von Anwendungsformeln in das TEC-Modul
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(TH- TC) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(TH- TC)]
ε = Qc/UI
QH= Qc + IU
△Tmax= TH+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imax =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmax =ασS (TH- TC) / L (√1+0,5σα²(546+ TH- TC)/ κ-1)
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