Peltier 设备可以级联吗?

电器工程 珀耳帖
2022-01-08 18:58:10

Peltier 设备可以级联以产生更大的温差吗?就像在另一个上面安装一个以将最大差异从 60 摄氏度增加到 120 度。

4个回答

是的,而且这是定期进行的。但是,基于单个设备的限制(最低和最高温度)以及诸如通过堆栈的总热阻之类的影响,您可以实现的目标是有限的。最终,您会达到这样的程度,即通过烟囱的热量“反向泄漏”(随着端到端温差的增加而上升)等于烟囱的散热能力。

另一个问题是 Peltier 设备的相对效率低下。通常,从每个设备的热端出来的热通量大约是进入冷端的热量的 3 到 5 倍。当您将设备堆叠起来时,每个设备都需要比前一个设备大得多,从而导致尺寸过大的问题(这也回到了热泄漏问题)。

当然,但是由于效率低下,通常堆叠尺寸越来越大,有点像火箭级,所以最胖的是处理所有其他的热流。

照片来自这里

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它们绝对可以级联,但问题是暖阶段的传热能力可能比冷阶段大得多。

AFAIK 最有效的热电元件的传递系数约为 100%,这意味着它们消耗能量并产生 1 W 每从冷侧传递的 1 W 的热量(基于压缩机的冰箱大约有 300%,它们每 1 W 功率传递 3 W 热量)。

假设您需要从您的设备传输大约 1 W 的热量。那么最冷的阶段可以在其热端产生2W的热量,其所有热量都应由下一个阶段传递。下一阶段将产生 4 W 的热量。然后是 8 W 以此类推。

级联 peltier 应如下所示:

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在实践中直接堆叠 Peltier 模块是有问题的。所需的散热量很大。您可以将系统内的 Peltier 串行阵列(堆叠)视为必须“启动”的机器。

如果散热量太大,启动加热/冷却需要很长时间。这很容易通过使用带有散热器的风扇来补偿,然后在启动时将风扇调低。

尽管我无法理解基于 Peltier 的加热的优势,但在同一任务的加热和冷却之间切换的系统除外。

电阻元件比 Peltier 加热更耐用且更易于控制,因为它们可以进行多次硬循环。

我用于堆叠的多个 Peltier 模块的设计是一个 12706,位于输出侧的散热器/风扇和放电处宽度为 12706 两倍的成品铜条之间。

在铜条的另一侧,有 (2) 个机械并联的 12706,在最终放电侧有一个沉重的铝制散热器/风扇。

各个 Peltier (TEC) 元件并联连接。我用最大 15ADC、12VDC、RTD 规范、线性 PSU、恒定电压驱动了 12706 的并行阵列。

线性 PSU 本身效率低下。因此,RTD 规范的 SMPS(> 90% 效率)是更有效的选择。

该系统用于冷却(在室温环境下达到-12C),但如果您将其反转,它将用于加热。Peltier 元件的加热温度不得高于用于制造它们的焊料温度。粗心或缺乏经验的实验很容易导致这种情况。

您只想确保(2)件事:您不会从热侧吸收太多热量,因为热传递取决于两侧的温差。TEC 模块的这种特性具有特殊的局限性。

如果热端不够热,系统将不会传递热量,并且功耗会很低。而且热传递不会寄生并耗尽冷侧,因此整个阵列只是一个加热器。这会熔化 TEC (Peltier) 模块中的焊料。

我发现 TEC 模块最有用的规格是热端和冷端的最佳额定温度范围。除了电输入之外的其他一切都可以通过实验得出。但是如果你尝试使用不正确的高低温来获得指定的deltaT,你可能无法获得模块的全部传热能力。

使用优质 TEC 模块获得的大部分优势在于它们在额定温差较低的情况下运行。66C delta 可以是 44C-100C 或 0C-66C。

并非所有 deltaT >= 66C 额定 TEC 模块都能在 delta 0C-66C 或更低温度下正常运行。它们可能在 delta 44C-100C 时提供最大的热传递。通常,冷侧越冷,系统就越理想。

还需要在 TEC 模块及其接口之间应用热传递界面化合物。没有 TEC 模块直接与大气连接。Peltier 模块的两侧总是有一些东西。

我“无法”直接将 12712 堆叠到 12706 的热端上以获得令人满意的结果。