Инженеру, проектирующему компактный медицинский анализатор, необходимо поддерживать температуру в камере для проб при температуре 15°C в окружающей среде с температурой 35°C. Корпус небольшой, бюджет мощности ограничен, а доступное пространство для системы охлаждения минимально. Инженер знает, что термоэлектрический охладитель, или TEC, является подходящей технологией для этого применения. Но какой ТИК? Ответ зависит от числа, которое часто оценивается слишком небрежно: требуемой охлаждающей нагрузки. Если охлаждающая нагрузка недооценена, TEC не будет удерживать заданное значение. Если его переоценить, ТЭЦ будет слишком большим, неэффективным и дорогим. Правильный расчет охлаждающей нагрузки — это первый шаг к выбору термоэлектрического охладителя, который соответствует требованиям применения и не требует лишних затрат и сложностей.
Это руководство написано для инженеров по закупкам, инженеров-конструкторов и покупателей, которым необходимо указатьтермоэлектрические охладителидля систем охлаждения. Мы объясним компоненты охлаждающей нагрузки, методы расчета каждого компонента, роль термического сопротивления корпуса, влияние коэффициента полезного действия (COP) ТЕС и критерии оценки поставщика. Мы также предоставим подробные параметры продукции с нашего завода в Фучжоу X-Meritan Technology Co., Ltd. Независимо от того, охлаждаете ли вы медицинское устройство, лазерный диод, аккумуляторный блок или компактный корпус, это руководство поможет вам точно рассчитать охлаждающую нагрузку и выбрать подходящий термоэлектрический охладитель для вашего применения.
Холодильная нагрузка — это общее количество тепла, которое необходимо отвести от корпуса или охлаждаемого объекта для поддержания желаемой температуры. Это сумма активной тепловой нагрузки, пассивной тепловой нагрузки и любых дополнительных источников тепла, таких как солнечное излучение или конденсация. Холодильная нагрузка выражается в ваттах. Для термоэлектрического охладителя охлаждающая нагрузка представляет собой необходимую мощность теплового насоса (Qc) в конкретных условиях эксплуатации. TEC должен быть выбран таким образом, чтобы его Qc при фактической температуре окружающей среды и заданном значении превышал охлаждающую нагрузку с соответствующим запасом прочности. Если Qc TEC меньше охлаждающей нагрузки, корпус не достигнет заданного значения. Если Qc ТЕС намного превышает охлаждающую нагрузку, ТЕС будет иметь слишком большие размеры и будет работать с более низкой эффективностью.
Расчет охлаждающей нагрузки является основой выбора ТЭО, поскольку он определяет требуемый Qc, который, в свою очередь, определяет размер ТЭО, потребляемую мощность и стоимость. Небольшое медицинское устройство может иметь охлаждающую нагрузку 10 Вт, что требует компактного ТЭО. Система управления температурой батареи может иметь охлаждающую нагрузку 200 Вт, что требует более крупного ТЭО или массива ТЭО. В таблице ниже приведены три основных компонента холодильной нагрузки и их типичные источники.
| Компонент | Источник | Типичная величина |
| Активная тепловая нагрузка | Электронные компоненты, датчики, двигатели, лазеры | от 1 Вт до 200 Вт |
| Пассивная тепловая нагрузка | Проводимость через стены корпуса, конвекция, излучение | от 5 Вт до 50 Вт |
| Дополнительные источники тепла | Солнечное излучение, конденсат, внешние источники тепла | Переменная |
| Общая холодильная нагрузка | Сумма всех компонентов | Определяет требования к контролю качества TEC |
ВФучжоу X-Meritan Technology Co., Ltd.Наша фабрика разрабатывает и производит термоэлектрические охладители для широкого спектра применений в области охлаждения. Мы работаем с нашими клиентами, чтобы убедиться в точности расчета охлаждающей нагрузки, прежде чем выбирать TEC. Наша команда инженеров может помочь с расчетами и предоставить рекомендации по соответствующему запасу прочности для каждого применения.
Активная тепловая нагрузка — это тепло, выделяемое компонентами внутри корпуса, которые питаются от электричества. Эти компоненты могут включать в себя электронные схемы, датчики, двигатели, лазеры, светодиодные фонари и любые другие устройства, преобразующие электрическую энергию в тепловую. Активная тепловая нагрузка рассчитывается путем суммирования потребляемой мощности всех компонентов, работающих внутри корпуса. Для компонента, эффективность которого не равна 100 %, выделяемое тепло равно потребляемой мощности минус полезная выходная работа. В большинстве электронных систем почти вся электрическая мощность преобразуется в тепло, поэтому активная тепловая нагрузка примерно равна общей потребляемой мощности. В таблице ниже представлена таблица для расчета активной тепловой нагрузки.
| Компонент | Потребляемая мощность (Вт) | Тепловыделение (Вт) | Примечания |
| Плата контроллера | 5 Вт | 5 Вт | Вся мощность рассеивается в виде тепла |
| Сенсорный модуль | 2 Вт | 2 Вт | Непрерывная работа |
| Лазерный Диод | 3 Вт | 2,5 Вт | 0,5 Вт излучается в виде света |
| Отображать | 1 Вт | 0,8 Вт | 0,2 Вт излучается в виде света |
| Суммарная активная тепловая нагрузка | 11 Вт | 10,3 Вт | Используется для выбора TEC |
На нашем заводе мы поставляем термоэлектрические охладители с различной охлаждающей способностью, соответствующей различным активным тепловым нагрузкам. Наша команда инженеров может просмотреть список компонентов и проверить расчет активной тепловой нагрузки. Мы также рекомендуем нашим клиентам учитывать рабочий цикл компонентов, поскольку прерывистая работа может снизить среднюю тепловую нагрузку.
Пассивная тепловая нагрузка — это тепло, попадающее в корпус из внешней среды через стены, крышку и любые отверстия. Это обусловлено разницей температур между окружающей средой и внутренней частью шкафа. Пассивная тепловая нагрузка рассчитывается по формуле Q = U × A × ΔT, где U — общий коэффициент теплопередачи кожуха, A — площадь поверхности кожуха, а ΔT — разница температур между окружающей и внутренней средой. Общий коэффициент теплопередачи зависит от материала стены, изоляции и условий конвекции с обеих сторон стены. Для хорошо изолированного корпуса U может составлять всего 0,5 Вт/м²К. Для неизолированного корпуса U может достигать 5 Вт/м²К. В таблице ниже представлена таблица для расчета пассивной тепловой нагрузки.
| Параметр | Символ | Ценить | Единица |
| Общий коэффициент теплопередачи | U | 2.0 | Вт/м²К |
| Площадь поверхности | A | 0.5 | м² |
| Разница температур | ΔТ | 20 (35°C снаружи, 15°C внутри) | K |
| Пассивная тепловая нагрузка | Q | 20 | W |
В X-Meritan мы помогаем нашим клиентам рассчитать пассивную тепловую нагрузку, предоставляя значения теплового сопротивления для наших материалов корпуса и вариантов изоляции. Мы также советуем использовать отражающие покрытия и терморазрывы для снижения пассивной тепловой нагрузки. Наша цель — обеспечить точный расчет общей охлаждающей нагрузки, чтобы выбранный термоэлектрический охладитель не был ни слишком маленьким, ни слишком большим.
Расчет охлаждающей нагрузки не является полным до тех пор, пока не будет учтено тепловое сопротивление интерфейсов между ТЭП и охлаждаемым объектом. ТИК не охлаждает объект напрямую; он охлаждает радиатор холодной стороны, который затем охлаждает объект за счет проводимости, конвекции или излучения. Каждый интерфейс имеет термическое сопротивление, которое снижает эффективную охлаждающую способность. Наиболее распространенными интерфейсными потерями являются тепловое сопротивление материала термоинтерфейса (TIM) между ТЭО и радиатором, тепловое сопротивление самого радиатора и тепловое сопротивление теплового пути от радиатора с холодной стороны к объекту. В таблице ниже приведены типичные значения термического сопротивления для распространенных материалов интерфейса.
| Интерфейс | Типичное термическое сопротивление | Примечания |
| Термопаста (TEC для радиатора) | 0,1–0,5 °С/Вт | Зависит от толщины и контактного давления. |
| Термопрокладка (TEC к радиатору) | 0,5–2,0 °С/Вт | Легче наносить, но выше стойкость |
| Радиатор (естественная конвекция) | 1,0–5,0 °С/Вт | Зависит от размера и конструкции плавника. |
| Радиатор (принудительный воздух) | 0,2–1,0 °С/Вт | Требуется вентилятор, но меньшее сопротивление |
| Тепловой путь к объекту | 0,5–3,0 °С/Вт | Зависит от материала и геометрии. |
На нашем заводе мы поставляем термоэлектрические охладители с отделкой поверхности, оптимизированной для теплового контакта. Мы также предлагаем материалы для термоинтерфейса и поддержку проектирования радиаторов, чтобы помочь нашим клиентам минимизировать потери на интерфейсе. Наша цель — обеспечить эффективную передачу охлаждающей способности TEC на охлаждаемый объект, чтобы система соответствовала требованиям к тепловым характеристикам.
Коэффициент производительности (COP) представляет собой отношение холодопроизводительности (Qc) к потребляемой электрической мощности (Pin). Более высокий COP означает, что TEC более эффективен, потребляя меньше электроэнергии при той же охлаждающей способности. КПД термоэлектрического охладителя зависит от разницы температур между горячей и холодной сторонами, материала ТЭО и рабочего тока. По мере увеличения разницы температур КПД снижается. Это означает, что ТЭП, выбранный с учетом высокой разницы температур, потребует больше мощности и будет генерировать больше тепла, которое должно рассеиваться радиатором горячей стороны. В таблице ниже показаны типичные значения COP для термоэлектрического охладителя при различных перепадах температур.
| Разница температур (ΔT) | Типичный КС | Значение для выбора TEC |
| 10 К | 1,5 - 2,0 | Высокая эффективность, низкое энергопотребление |
| 20 К | 0,8 - 1,2 | Умеренная эффективность |
| 30 К | 0,5 - 0,8 | Низкая эффективность, более высокое энергопотребление |
| 40 К | 0,3 - 0,5 | Низкий КПД, значительный отвод тепла |
| 50 К | 0,2 - 0,3 | Очень низкий КПД, может потребоваться многоступенчатый ТЭО. |
В X-Meritan мы предоставляем кривые COP для наших термоэлектрических охладителей, чтобы наши клиенты могли выбрать TEC, который работает с оптимальной эффективностью для их разницы температур. Мы также советуем использовать многоступенчатые ТЭП для применений, требующих большой разницы температур. Наша цель — помочь нашим клиентам достичь требуемой эффективности охлаждения при минимально возможном энергопотреблении.
Оценка поставщика термоэлектрических охладителей требует сосредоточения внимания на производственных возможностях, данных о производительности, контроле качества и технической поддержке. Поставщик должен иметь возможность производить ТЭП в соответствии с требуемыми спецификациями, включая правильные размеры, правильное количество пар и правильные тепловые характеристики. Они должны предоставлять полные данные о производительности, включая Qc, COP, максимальный ток и максимальное напряжение при различных перепадах температур. У них должна быть система контроля качества, обеспечивающая стабильную работу от подразделения к подразделению. Кроме того, они должны предоставлять техническую поддержку, чтобы помочь клиентам с расчетом охлаждающей нагрузки и выбором ТЭО. В таблице ниже суммированы эти критерии оценки.
| Критерий оценки | Что искать | Почему это важно |
| Производственные возможности | Прецизионная сборка, испытательное оборудование | Обеспечивает качество и стабильность продукции |
| Данные о производительности | Qc, COP, Imax, Vmax при различных ΔT | Обеспечивает точный выбор |
| Контроль качества | ISO 9001, 100% тестирование | Обеспечивает стабильную производительность |
| Техническая поддержка | Расчет холодильной нагрузки, выбор ТЭО | Помогает выбрать правильный товар |
| Надежность | Данные наработки на отказ, испытания на срок службы | Обеспечивает долгосрочную производительность |
На нашем заводе мы уже более десяти лет производим термоэлектрические охладители. Мы используем прецизионное сборочное и испытательное оборудование, чтобы гарантировать, что каждый TEC соответствует своим спецификациям. Мы предоставляем полные данные о производительности, включая Qc, COP и максимальные рейтинги. Мы сертифицированы по стандарту ISO 9001 и проводим 100% тестирование каждого устройства. Наша техническая группа готова помочь с расчетом охлаждающей нагрузки и выбором ТЭО. Мы приглашаем вас оценить нас по этим критериям и рассмотреть нас в качестве своего партнера по термоэлектрическим охладителям.
В следующей таблице представлены основные параметры наших термоэлектрических охладителей. Эти TEC подходят для широкого спектра применений в области охлаждения, включая медицинские устройства, лазерные диоды, аккумуляторные блоки и компактные корпуса. Наш завод также может производить ТЭП по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными требованиями.
| Параметр | Диапазон спецификации | Примечания |
| Холодопроизводительность (Qc) | 5 Вт – 200 Вт | При заданном ΔT и токе |
| Максимальный ток (Iмакс) | 2 А - 15 А | Зависит от модели |
| Максимальное напряжение (Вмакс) | 5 В–24 В | Зависит от модели |
| Максимальная разница температур (ΔTmax) | 65 К - 75 К | В Imax, в вакууме |
| Диапазон КПД | 0,2 - 2,0 | Зависит от ΔT |
| Размеры | от 15 х 15 мм до 62 х 62 мм | Доступны нестандартные размеры |
| Количество пар | 31 - 241 | Определяет холодопроизводительность |
| Рабочая температура | от -40°С до +80°С | Зависит от пайки и герметизации. |
| минимальный заказ | 10 штук | Возможен торг при больших заказах |
| Время выполнения | 2–4 недели | Зависит от количества и настройки |
На нашем заводе мы производим термоэлектрические охладители, соответствующие этим и многим другим характеристикам. Мы можем настроить охлаждающую способность, размеры и рабочую температуру в соответствии с вашими конкретными требованиями. Наша система контроля качества включает проверку сырья, внутрипроизводственный контроль и 100% окончательное тестирование перед отправкой. Наша цель — предоставить нашим клиентам высококачественные термоэлектрические охладители, отвечающие их требованиям к термическим характеристикам.
Вопрос 1: В чем разница между активной и пассивной тепловой нагрузкой?
Ответ: Активная тепловая нагрузка — это тепло, выделяемое электрическими компонентами внутри корпуса, такими как контроллеры, датчики и лазеры. Пассивная тепловая нагрузка – это тепло, попадающее в корпус из внешней среды через стены, крышку и отверстия. Оба параметра должны быть включены в расчет охлаждающей нагрузки. Для большинства компактных электронных корпусов активная тепловая нагрузка является доминирующей составляющей. Для больших корпусов с плохой изоляцией пассивная тепловая нагрузка может быть значительной.
Вопрос 2. Какой запас прочности следует добавить к расчету охлаждающей нагрузки?
Ответ: Обычно рекомендуется запас прочности от 20% до 30%. Этот запас учитывает неопределенности в энергопотреблении компонентов, термическом сопротивлении интерфейсов и старении TEC. Для критически важных приложений, таких как медицинское оборудование или лазерные системы, может быть целесообразным больший запас в 50%. В Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. мы можем помочь вам определить соответствующий запас прочности для вашего конкретного применения.
Вопрос 3: Почему КПД уменьшается с увеличением разницы температур?
Ответ: COP уменьшается по мере увеличения разницы температур, потому что TEC должен работать больше, чтобы откачивать тепло против большего температурного градиента. Потребляемая электрическая мощность увеличивается, а холодопроизводительность снижается, поэтому отношение охлаждения к мощности уменьшается. Вот почему TEC следует выбирать с учетом фактической разницы рабочих температур, а не максимального значения ΔT. Наш завод предоставляет кривые COP, которые показывают эффективность при различных перепадах температур.
Вопрос 4: Можно ли использовать одноступенчатый ТЭП при большой разнице температур?
Ответ: Однокаскадный ТЭП позволяет добиться максимальной разницы температур около 65-75 К. При больших перепадах температур необходим многокаскадный ТЭП. Многоступенчатые ТЭО объединяют две или более ступеней для достижения большей общей разницы температур, но они менее эффективны и дороже, чем одноступенчатые ТЭО. Если для вашего применения требуется разница температур более 70 К, проконсультируйтесь с нашей командой инженеров, чтобы определить лучшее решение.
Вопрос 5. Как рассчитать тепловое сопротивление моего радиатора?
Ответ: Термическое сопротивление радиатора зависит от его геометрии, материала и условий воздушного потока. Обычно оно указывается производителем радиатора в °C/Вт. При естественной конвекции термическое сопротивление выше, чем при принудительной воздушной. По грубой оценке, радиатор с естественной конвекцией площадью поверхности 0,1 м² может иметь тепловое сопротивление около 3–5 °C/Вт. Для получения точных результатов используйте данные производителя или проведите термический тест. На нашем заводе мы можем помочь вам выбрать радиатор, соответствующий тепловым требованиям TEC.
Расчет необходимой охлаждающей нагрузки является первым и наиболее важным шагом при выборе термоэлектрического охладителя. Холодильная нагрузка представляет собой сумму активной тепловой нагрузки, пассивной тепловой нагрузки и любых дополнительных источников тепла. Его необходимо тщательно рассчитывать, включая термическое сопротивление интерфейсов и влияние коэффициента полезного действия. Следуя методам расчета, описанным в этой статье, инженеры могут выбрать ТЭП, соответствующий тепловым требованиям приложения, без ненужных затрат и сложностей. Наша фабрика Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. располагает опытом и продукцией, отвечающими вашим требованиям к термоэлектрическому охлаждению. Мы предоставляем полные данные о производительности, техническую поддержку и индивидуальное проектирование, чтобы помочь вам найти лучшее тепловое решение.
Независимо от того, охлаждаете ли вы медицинский анализатор, лазерный диод, аккумуляторный блок или компактный корпус, мы приглашаем вас связаться с нами, чтобы обсудить ваши требования. Мы можем предоставить образцы, технические данные и поддержку приложений. Наша приверженность качеству и удовлетворенности клиентов сделала нас надежным партнером в области решений по управлению температурным режимом по всему миру.
Свяжитесь с Фучжоу X-Meritan Technology Co., Ltd. сегоднячтобы обсудить ваши требования к термоэлектрическому охладителю и узнать, как наша продукция может удовлетворить ваши потребности в охлаждении.
-
