Inžinier, ktorý navrhuje kompaktný lekársky analyzátor, potrebuje udržiavať vzorkovú komoru pri teplote 15 °C v okolitom prostredí s teplotou 35 °C. Kryt je malý, energetický rozpočet je obmedzený a dostupný priestor pre chladiaci systém je minimálny. Inžinier vie, že termoelektrický chladič alebo TEC je tou správnou technológiou pre túto aplikáciu. Ale ktorý TEC? Odpoveď závisí od čísla, ktoré sa často odhaduje príliš náhodne: požadované zaťaženie chladenia. Ak je zaťaženie chladenia podhodnotené, TEC neudrží nastavenú hodnotu. Ak sa to nadhodnotí, TEC bude predimenzovaný, neefektívny a drahý. Správny výpočet chladiaceho zaťaženia je prvým krokom pri výbere termoelektrického chladiča, ktorý spĺňa požiadavky aplikácie bez zbytočných nákladov a zložitosti.
Táto príručka je napísaná pre inžinierov obstarávania, dizajnérov a kupujúcich, ktorí potrebujú špecifikovaťtermoelektrické chladičepre chladiace aplikácie. Vysvetlíme zložky chladiacej záťaže, metódy výpočtu každej zložky, úlohu tepelného odporu v kryte, vplyv koeficientu výkonu TEC (COP) a kritériá hodnotenia dodávateľa. Poskytneme vám aj podrobné parametre produktu z našej továrne vo Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. Či už chladíte medicínske zariadenie, laserovú diódu, batériu alebo kompaktný kryt, táto príručka vám pomôže presne vypočítať chladiacu záťaž a vybrať správny termoelektrický chladič pre vašu aplikáciu.
Chladiaca záťaž je celkové množstvo tepla, ktoré sa musí odobrať z krytu alebo chladeného objektu, aby sa udržala požadovaná teplota. Je to súčet aktívneho tepelného zaťaženia, pasívneho tepelného zaťaženia a akýchkoľvek dodatočných zdrojov tepla, ako je slnečné žiarenie alebo kondenzácia. Chladiaca záťaž je vyjadrená vo wattoch. Pre termoelektrický chladič je chladiacim zaťažením požadovaná kapacita tepelného čerpania (Qc) pri špecifických prevádzkových podmienkach. TEC sa musí zvoliť tak, aby jeho Qc pri skutočnej teplote okolia a nastavenej hodnote bolo väčšie ako zaťaženie chladenia, s primeranou bezpečnostnou rezervou. Ak je Qc TEC menšie ako chladiace zaťaženie, kryt nedosiahne požadovanú hodnotu. Ak je Qc TEC oveľa väčšie ako zaťaženie chladenia, TEC bude predimenzovaný a bude pracovať s nižšou účinnosťou.
Výpočet chladiaceho zaťaženia je základom výberu TEC, pretože určuje požadované Qc, ktoré zase určuje veľkosť TEC, spotrebu energie a náklady. Malé lekárske zariadenie môže mať chladiacu záťaž 10 W, čo si vyžaduje kompaktný TEC. Systém riadenia teploty batérie môže mať chladiacu záťaž 200 W, čo si vyžaduje väčšiu TEC alebo rad TEC. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje tri hlavné zložky chladiacej záťaže a ich typické zdroje.
| Komponent | Zdroj | Typická veľkosť |
| Aktívna tepelná záťaž | Elektronické súčiastky, senzory, motory, lasery | 1 W až 200 W |
| Pasívne tepelné zaťaženie | Vedenie cez obvodové steny, konvekcia, žiarenie | 5 W až 50 W |
| Dodatočné zdroje tepla | Slnečné žiarenie, kondenzácia, vonkajšie zdroje tepla | Variabilné |
| Celkové zaťaženie chladenia | Súčet všetkých komponentov | Určuje požiadavku TEC Qc |
OFuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd., naša továreň navrhuje a vyrába termoelektrické chladiče pre širokú škálu chladiacich aplikácií. Spolupracujeme s našimi zákazníkmi, aby sme pred výberom TEC overili, či je výpočet chladiaceho zaťaženia presný. Náš inžiniersky tím vám môže pomôcť s výpočtom a poskytnúť návod na primeranú bezpečnostnú rezervu pre každú aplikáciu.
Aktívna tepelná záťaž je teplo generované komponentmi vo vnútri krytu, ktoré sú poháňané elektrickou energiou. Tieto komponenty môžu zahŕňať elektronické obvody, senzory, motory, lasery, LED svetlá a akékoľvek iné zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na teplo. Aktívna tepelná záťaž sa vypočíta ako súčet spotreby energie všetkých komponentov, ktoré pracujú vo vnútri krytu. Pre súčiastku, ktorá nemá 100% účinnosť, sa generované teplo rovná príkonu mínus užitočný pracovný výkon. Vo väčšine elektronických systémov sa takmer všetka elektrická energia premieňa na teplo, takže aktívne tepelné zaťaženie sa približne rovná celkovej spotrebe energie. Nižšie uvedená tabuľka poskytuje pracovný list na výpočet aktívneho tepelného zaťaženia.
| Komponent | Spotreba energie (W) | Rozptyl tepla (W) | Poznámky |
| Riadiaca doska | 5 W | 5 W | Všetka sila sa rozptýli ako teplo |
| Senzorový modul | 2 W | 2 W | Nepretržitá prevádzka |
| Laserová dióda | 3 W | 2,5 W | 0,5 W vyžarovaného ako svetlo |
| Displej | 1 W | 0,8 W | 0,2 W vyžarovaného ako svetlo |
| Celková aktívna tepelná záťaž | 11 W | 10,3 W | Používa sa na výber TEC |
V našej továrni poskytujeme termoelektrické chladiče s radom chladiacich kapacít, aby vyhovovali rôznym aktívnym tepelným zaťaženiam. Náš technický tím môže skontrolovať zoznam komponentov a overiť výpočet aktívneho tepelného zaťaženia. Odporúčame tiež našim zákazníkom zvážiť pracovný cyklus komponentov, pretože prerušovaná prevádzka môže znížiť priemernú tepelnú záťaž.
Pasívna tepelná záťaž je teplo, ktoré vstupuje do krytu z vonkajšieho prostredia cez steny, veko a prípadné otvory. Je riadený teplotným rozdielom medzi okolitým prostredím a interiérom krytu. Pasívna tepelná záťaž sa vypočíta pomocou vzorca Q = U × A × ΔT, kde U je celkový súčiniteľ prestupu tepla krytu, A je plocha povrchu krytu a ΔT je teplotný rozdiel medzi okolitým prostredím a interiérom. Celkový súčiniteľ prestupu tepla závisí od materiálu steny, izolácie a konvekčných podmienok na oboch stranách steny. Pre dobre izolovaný kryt môže byť U len 0,5 W/m²K. V prípade neizolovaného krytu môže byť U až 5 W/m²K. Nižšie uvedená tabuľka poskytuje pracovný list na výpočet pasívnej tepelnej záťaže.
| Parameter | Symbol | Hodnota | Jednotka |
| Celkový koeficient prenosu tepla | U | 2.0 | W/m²K |
| Plocha povrchu | A | 0.5 | m² |
| Teplotný rozdiel | ΔT | 20 (okolie 35 °C, vnútorná teplota 15 °C) | K |
| Pasívne tepelné zaťaženie | Q | 20 | W |
V X-Meritan pomáhame našim zákazníkom vypočítať pasívne tepelné zaťaženie poskytnutím hodnôt tepelného odporu pre naše materiály krytu a možnosti izolácie. Odporúčame tiež použitie reflexných vrstiev a tepelných mostov na zníženie pasívnej tepelnej záťaže. Naším cieľom je zabezpečiť presný výpočet celkovej chladiacej záťaže, aby vybraný termoelektrický chladič nebol ani poddimenzovaný, ani predimenzovaný.
Výpočet chladiaceho zaťaženia nie je dokončený, kým sa nezohľadní tepelný odpor rozhraní medzi TEC a chladeným objektom. TEC nechladí objekt priamo; ochladzuje chladič na studenej strane, ktorý potom ochladzuje objekt vedením, prúdením alebo žiarením. Každé rozhranie predstavuje tepelný odpor, ktorý znižuje efektívnu chladiacu kapacitu. Najčastejšie straty na rozhraní sú tepelný odpor materiálu tepelného rozhrania (TIM) medzi TEC a chladičom, tepelný odpor samotného chladiča a tepelný odpor tepelnej cesty od chladiča na studenej strane k objektu. V tabuľke nižšie sú zhrnuté typické hodnoty tepelného odporu pre bežné materiály rozhrania.
| Rozhranie | Typický tepelný odpor | Poznámky |
| Tepelné mazivo (TEC na chladič) | 0,1 - 0,5 °C/W | Závisí od hrúbky a prítlaku |
| Tepelná podložka (TEC k chladiču) | 0,5 - 2,0 °C/W | Jednoduchšia aplikácia, ale vyššia odolnosť |
| Chladič (prirodzená konvekcia) | 1,0 - 5,0 °C/W | Závisí od veľkosti a dizajnu plutvy |
| Chladič (stlačený vzduch) | 0,2 - 1,0 °C/W | Vyžaduje ventilátor, ale nižší odpor |
| Tepelná cesta k objektu | 0,5 - 3,0 °C/W | Závisí od materiálu a geometrie |
V našej továrni poskytujeme termoelektrické chladiče s povrchovou úpravou, ktorá je optimalizovaná pre tepelný kontakt. Ponúkame tiež materiály tepelného rozhrania a podporu dizajnu chladiča, aby sme našim zákazníkom pomohli minimalizovať straty rozhrania. Naším cieľom je zabezpečiť, aby sa chladiaca kapacita TEC efektívne preniesla na chladený objekt, aby systém spĺňal požiadavky na tepelný výkon.
Koeficient výkonu (COP) je pomer chladiaceho výkonu (Qc) k elektrickému príkonu (Pin). Vyššie COP znamená, že TEC je efektívnejší a spotrebuje menej elektrickej energie pri rovnakej chladiacej kapacite. COP termoelektrického chladiča závisí od teplotného rozdielu medzi horúcou a studenou stranou, materiálu TEC a prevádzkového prúdu. So zvyšujúcim sa teplotným rozdielom sa COP znižuje. To znamená, že TEC, ktorý je vybraný pre vysoký teplotný rozdiel, bude vyžadovať viac energie a bude generovať viac tepla, ktoré musí byť rozptýlené chladičom na horúcej strane. V tabuľke nižšie sú uvedené typické hodnoty COP pre termoelektrický chladič pri rôznych rozdieloch teplôt.
| Teplotný rozdiel (ΔT) | Typický COP | Dôsledky pre výber TEC |
| 10 tis | 1,5 - 2,0 | Vysoká účinnosť, nízka spotreba energie |
| 20 tis | 0,8 - 1,2 | Stredná účinnosť |
| 30 tis | 0,5 - 0,8 | Nižšia účinnosť, vyššia spotreba energie |
| 40 tis | 0,3 - 0,5 | Nízka účinnosť, výrazný odvod tepla |
| 50 tis | 0,2 - 0,3 | Veľmi nízka účinnosť, môže vyžadovať viacstupňovú TEC |
V X-Meritan poskytujeme krivky COP pre naše termoelektrické chladiče, aby si naši zákazníci mohli vybrať TEC, ktorý pracuje s optimálnou účinnosťou pre ich teplotný rozdiel. Odporúčame tiež použitie viacstupňových TEC pre aplikácie, ktoré vyžadujú veľký teplotný rozdiel. Naším cieľom je pomôcť našim zákazníkom dosiahnuť požadovaný chladiaci výkon s čo najnižšou spotrebou energie.
Hodnotenie dodávateľa termoelektrických chladičov si vyžaduje zameranie sa na výrobné kapacity, výkonové údaje, kontrolu kvality a technickú podporu. Dodávateľ musí mať schopnosť vyrábať TEC podľa požadovaných špecifikácií vrátane správnych rozmerov, správneho počtu párov a správneho tepelného výkonu. Musia poskytnúť úplné údaje o výkone vrátane Qc, COP, maximálneho prúdu a maximálneho napätia pri rôznych teplotných rozdieloch. Musia mať systém kontroly kvality, ktorý zabezpečuje konzistentný výkon od jednotky k jednotke. A musia poskytnúť technickú podporu, aby pomohli zákazníkom s výpočtom chladiaceho zaťaženia a výberom TEC. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje tieto hodnotiace kritériá.
| Hodnotiace kritérium | Čo hľadať | Prečo na tom záleží |
| Výrobná kapacita | Presná montáž, testovacie zariadenia | Zabezpečuje kvalitu a konzistenciu produktu |
| Údaje o výkone | Qc, COP, Imax, Vmax pri rôznych ΔT | Umožňuje presný výber |
| Kontrola kvality | ISO 9001, 100% testovanie | Zabezpečuje konzistentný výkon |
| Technická podpora | Výpočet chladiacej záťaže, výber TEC | Pomáha pri výbere správneho produktu |
| Spoľahlivosť | Údaje MTBF, testovanie životnosti | Zabezpečuje dlhodobý výkon |
V našej továrni vyrábame termoelektrické chladiče už viac ako desať rokov. Používame presné montážne a testovacie zariadenia, aby sme zabezpečili, že každý TEC spĺňa svoje špecifikácie. Poskytujeme kompletné údaje o výkonnosti vrátane kvality, COP a maximálnych hodnotení. Sme certifikovaní podľa ISO 9001 a na každej jednotke vykonávame 100% testovanie. Náš technický tím je pripravený pomôcť s výpočtom chladiaceho zaťaženia a výberom TEC. Pozývame vás, aby ste nás ohodnotili podľa týchto kritérií a považovali nás za svojho partnera pre termoelektrické chladiče.
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené kľúčové parametre produktov pre naše termoelektrické chladiče. Tieto TEC sú vhodné pre širokú škálu chladiacich aplikácií vrátane medicínskych zariadení, laserových diód, batérií a kompaktných krytov. Naša továreň môže tiež vyrábať vlastné TEC, aby vyhovovala špecifickým požiadavkám.
| Parameter | Rozsah špecifikácií | Poznámky |
| Chladiaci výkon (Qc) | 5 W – 200 W | Pri špecifikovanom ΔT a prúde |
| Maximálny prúd (Imax) | 2 A - 15 A | Závisí od modelu |
| Maximálne napätie (Vmax) | 5 V - 24 V | Závisí od modelu |
| Maximálny teplotný rozdiel (ΔTmax) | 65 tis. – 75 tis | V Imaxe vo vákuu |
| Rozsah COP | 0,2 - 2,0 | Závisí od ΔT |
| Rozmery | 15 x 15 mm až 62 x 62 mm | Dostupné vlastné veľkosti |
| Počet párov | 31 - 241 | Určuje chladiaci výkon |
| Prevádzková teplota | -40 °C až +80 °C | Závisí od spájky a tesnenia |
| MOQ | 10 kusov | Pri veľkých objednávkach možná dohoda |
| Dodacia lehota | 2 - 4 týždne | Závisí od množstva a prispôsobenia |
V našej továrni vyrábame naše termoelektrické chladiče, ktoré spĺňajú tieto a ďalšie špecifikácie. Chladiaci výkon, rozmery a prevádzkovú teplotu vieme prispôsobiť vašim špecifickým požiadavkám. Náš systém kontroly kvality zahŕňa kontrolu surovín, kontrolu počas procesu a 100% záverečné testovanie pred odoslaním. Naším cieľom je poskytnúť našim zákazníkom vysokokvalitné termoelektrické chladiče, ktoré spĺňajú ich požiadavky na tepelný výkon.
Otázka 1: Aký je rozdiel medzi aktívnou a pasívnou tepelnou záťažou?
Odpoveď: Aktívna tepelná záťaž je teplo generované elektrickými komponentmi vo vnútri krytu, ako sú ovládače, senzory a lasery. Pasívna tepelná záťaž je teplo, ktoré vstupuje do krytu z vonkajšieho prostredia cez steny, veko a otvory. Obidve musia byť zahrnuté do výpočtu chladiaceho zaťaženia. Pre väčšinu kompaktných elektronických skríň je aktívna tepelná záťaž dominantnou zložkou. V prípade veľkých krytov so zlou izoláciou môže byť pasívne tepelné zaťaženie významné.
Otázka 2: Akú bezpečnostnú rezervu by som mal pridať do výpočtu chladiaceho zaťaženia?
Odpoveď: Zvyčajne sa odporúča bezpečnostná rezerva 20 % až 30 %. Táto rezerva zodpovedá za neistoty v spotrebe energie komponentov, tepelnom odpore rozhraní a starnutí TEC. Pre kritické aplikácie, ako sú lekárske zariadenia alebo laserové systémy, môže byť vhodná väčšia rezerva 50 %. V spoločnosti Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. vám môžeme pomôcť určiť vhodnú bezpečnostnú rezervu pre vašu konkrétnu aplikáciu.
Otázka 3: Prečo sa COP znižuje so zvyšujúcim sa teplotným rozdielom?
Odpoveď: COP klesá so zvyšujúcim sa teplotným rozdielom, pretože TEC musí pracovať tvrdšie, aby čerpal teplo proti väčšiemu teplotnému gradientu. Príkon elektrickej energie sa zvyšuje a kapacita chladenia klesá, takže pomer chladenia k výkonu klesá. To je dôvod, prečo by sa TEC mala zvoliť pre skutočný rozdiel prevádzkovej teploty, nie pre maximálnu hodnotu ΔT. Naša továreň poskytuje krivky COP, ktoré ukazujú účinnosť pri rôznych teplotných rozdieloch.
Otázka 4: Môžem použiť jednostupňový TEC pre veľký teplotný rozdiel?
Odpoveď: Jednostupňová TEC môže dosiahnuť maximálny teplotný rozdiel asi 65-75 K. Pre väčšie teplotné rozdiely je potrebná viacstupňová TEC. Viacstupňové TEC stohujú dva alebo viac stupňov, aby sa dosiahol väčší celkový teplotný rozdiel, ale sú menej účinné a drahšie ako jednostupňové TEC. Ak vaša aplikácia vyžaduje teplotný rozdiel väčší ako 70 K, poraďte sa s naším technickým tímom, aby ste určili najlepšie riešenie.
Otázka 5: Ako vypočítam tepelný odpor môjho chladiča?
Odpoveď: Tepelný odpor chladiča závisí od jeho geometrie, materiálu a podmienok prúdenia vzduchu. Zvyčajne je špecifikovaný výrobcom chladiča v °C/W. Pri prirodzenej konvekcii je tepelný odpor vyšší ako pri nútenom vzduchu. Pre hrubý odhad, chladič s prirodzenou konvekciou s povrchom 0,1 m² môže mať tepelný odpor približne 3-5 °C/W. Pre presné výsledky použite údaje výrobcu alebo vykonajte tepelnú skúšku. V našej továrni vám môžeme pomôcť vybrať chladič, ktorý zodpovedá tepelným požiadavkám TEC.
Výpočet požadovaného chladiaceho zaťaženia je prvým a najdôležitejším krokom pri výbere termoelektrického chladiča. Chladiaca záťaž je súčet aktívnej tepelnej záťaže, pasívnej tepelnej záťaže a akýchkoľvek dodatočných zdrojov tepla. Musí sa vypočítať opatrne, vrátane tepelného odporu rozhraní a vplyvu koeficientu výkonu. Podľa výpočtových metód opísaných v tomto článku môžu inžinieri vybrať TEC, ktorý spĺňa tepelné požiadavky aplikácie bez zbytočných nákladov alebo zložitosti. V spoločnosti Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. má naša továreň odborné znalosti a produkty na podporu vašich požiadaviek na termoelektrické chladenie. Poskytujeme kompletné údaje o výkone, technickú podporu a vlastné návrhy, ktoré vám pomôžu dosiahnuť najlepšie tepelné riešenie.
Či už chladíte lekársky analyzátor, laserovú diódu, batériu alebo kompaktný kryt, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali a prediskutovali vaše požiadavky. Môžeme poskytnúť vzorky, technické údaje a aplikačnú podporu. Náš záväzok ku kvalite a spokojnosti zákazníkov z nás urobil dôveryhodného partnera pre riešenia tepelného manažmentu po celom svete.
Kontaktujte Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltdaby ste prediskutovali svoje požiadavky na termoelektrický chladič a zistili, ako môžu naše produkty splniť vaše požiadavky na chladenie.
-
