مهندسي كه يك آنالايزر پزشكي فشرده طراحي مي كند، بايد محفظه نمونه را در دماي 15 درجه سانتيگراد در محيطي با دماي 35 درجه سانتيگراد نگه دارد. محفظه کوچک است، بودجه برق محدود است، و فضای موجود برای یک سیستم خنک کننده حداقل است. مهندس می داند که خنک کننده ترموالکتریک یا TEC فناوری مناسبی برای این کاربرد است. اما کدام TEC؟ پاسخ به عددی بستگی دارد که اغلب بیش از حد معمولی تخمین زده می شود: بار خنک کننده مورد نیاز. اگر بار خنک کننده دست کم گرفته شود، TEC نقطه تنظیم را حفظ نمی کند. اگر بیش از حد برآورد شود، TEC بزرگ، ناکارآمد و گران خواهد بود. محاسبه بار خنک کننده به درستی اولین گام در انتخاب یک خنک کننده ترموالکتریک است که نیازهای برنامه را بدون هزینه یا پیچیدگی غیر ضروری برآورده می کند.
این راهنما برای مهندسان تدارکات، مهندسین طراح و خریدارانی که نیاز به مشخص کردن دارند نوشته شده استکولرهای ترموالکتریکبرای برنامه های خنک کننده اجزای بار خنک کننده، روش های محاسبه هر جزء، نقش مقاومت حرارتی در محفظه، تأثیر ضریب عملکرد TEC (COP) و معیارهای ارزیابی تامین کننده را توضیح خواهیم داد. ما همچنین پارامترهای دقیق محصول را از کارخانه خود در Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. ارائه خواهیم کرد. چه دستگاه پزشکی، یک دیود لیزر، یک بسته باتری یا یک محفظه فشرده را خنک کنید، این راهنما به شما کمک می کند بار خنک کننده را به طور دقیق محاسبه کنید و خنک کننده ترموالکتریک مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید.
بار خنک کننده کل مقدار گرمایی است که باید از محفظه یا جسم در حال خنک شدن برداشته شود تا دمای مورد نظر حفظ شود. این مجموع بار گرمای فعال، بار گرمای غیرفعال و هر منبع گرمایی اضافی مانند تابش خورشیدی یا تراکم است. بار خنک کننده بر حسب وات بیان می شود. برای یک کولر ترموالکتریک، بار خنک کننده ظرفیت پمپ حرارتی مورد نیاز (Qc) در شرایط عملیاتی خاص است. TEC باید به گونه ای انتخاب شود که Qc آن در دمای واقعی محیط و نقطه تنظیم بیشتر از بار خنک کننده باشد، با حاشیه ایمنی مناسب. اگر Qc TEC کمتر از بار خنک کننده باشد، محفظه به نقطه تنظیم نمی رسد. اگر Qc TEC بسیار بیشتر از بار خنک کننده باشد، TEC بزرگتر می شود و با راندمان کمتری کار می کند.
محاسبه بار خنک کننده اساس انتخاب TEC است زیرا Qc مورد نیاز را تعیین می کند، که به نوبه خود اندازه، مصرف برق و هزینه TEC را تعیین می کند. یک دستگاه پزشکی کوچک ممکن است دارای بار خنک کننده 10 وات باشد که به یک TEC فشرده نیاز دارد. یک سیستم مدیریت حرارتی باتری ممکن است بار خنک کننده 200 وات داشته باشد که به TEC بزرگتر یا مجموعه ای از TEC ها نیاز دارد. جدول زیر سه جزء اصلی بار خنک کننده و منابع معمولی آنها را خلاصه می کند.
| جزء | منبع | قدر معمولی |
| بار گرمای فعال | قطعات الکترونیکی، حسگرها، موتورها، لیزرها | 1 وات تا 200 وات |
| بار حرارتی غیرفعال | رسانایی از طریق دیوارهای محفظه، همرفت، تابش | 5 وات تا 50 وات |
| منابع حرارتی اضافی | تابش خورشیدی، تراکم، منابع گرمایی خارجی | متغیر |
| بار خنک کننده کل | مجموع همه اجزا | نیاز TEC Qc را تعیین می کند |
درFuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd.، کارخانه ما کولرهای ترموالکتریک را برای طیف گسترده ای از کاربردهای خنک کننده طراحی و تولید می کند. ما با مشتریان خود کار می کنیم تا قبل از انتخاب TEC بررسی کنیم که محاسبه بار خنک کننده دقیق است. تیم مهندسی ما می تواند در محاسبه کمک کند و در مورد حاشیه ایمنی مناسب برای هر برنامه راهنمایی ارائه دهد.
بار گرمای فعال گرمای تولید شده توسط اجزای داخل محفظه است که با برق کار می کنند. این اجزا ممکن است شامل مدارهای الکترونیکی، حسگرها، موتورها، لیزرها، چراغ های LED و هر وسیله دیگری باشد که انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کند. بار گرمای فعال با جمع کردن توان مصرفی تمام اجزایی که در داخل محفظه کار می کنند محاسبه می شود. برای قطعه ای که 100% کارایی ندارد، گرمای تولید شده برابر با توان ورودی منهای خروجی کار مفید است. در اکثر سیستم های الکترونیکی، تقریباً تمام توان الکتریکی به گرما تبدیل می شود، بنابراین بار گرمای فعال تقریباً برابر با کل توان مصرفی است. جدول زیر یک کاربرگ برای محاسبه بار گرمای فعال ارائه می دهد.
| جزء | مصرف برق (W) | اتلاف حرارت (W) | یادداشت ها |
| هیئت کنترل | 5 وات | 5 وات | تمام نیرو به صورت گرما تلف می شود |
| ماژول سنسور | 2 W | 2 W | عملیات مستمر |
| دیود لیزر | 3 وات | 2.5 وات | 0.5 وات به عنوان نور ساطع می شود |
| نمایش | 1 وات | 0.8 وات | 0.2 W به عنوان نور ساطع می شود |
| مجموع بار گرمای فعال | 11 W | 10.3 وات | برای انتخاب TEC استفاده می شود |
ما در کارخانه خود کولرهای ترموالکتریک را با طیف وسیعی از ظرفیت های خنک کننده متناسب با بارهای گرمای فعال مختلف ارائه می دهیم. تیم مهندسی ما می تواند لیست اجزا را بررسی کرده و محاسبه بار گرمای فعال را تأیید کند. ما همچنین توصیه می کنیم که مشتریان ما چرخه کار قطعات را در نظر بگیرند، زیرا عملکرد متناوب ممکن است متوسط بار حرارتی را کاهش دهد.
بار حرارتی غیرفعال گرمایی است که از محیط بیرون از طریق دیوارها، درب و هر روزنه وارد محوطه می شود. این به دلیل اختلاف دما بین محیط محیط و فضای داخلی محفظه است. بار حرارتی غیرفعال با استفاده از فرمول Q = U × A × ΔT محاسبه می شود، که در آن U ضریب انتقال حرارت کلی محفظه، A مساحت سطح محفظه، و ΔT اختلاف دما بین محیط و فضای داخلی است. ضریب انتقال حرارت کلی به مواد دیوار، عایق و شرایط همرفت در هر دو طرف دیوار بستگی دارد. برای محفظه ای که به خوبی عایق بندی شده است، U ممکن است تا 0.5 W/m² K باشد. برای یک محفظه بدون عایق، U ممکن است تا 5 W/m²K باشد. جدول زیر یک کاربرگ برای محاسبه بار حرارتی غیرفعال ارائه می دهد.
| پارامتر | نماد | ارزش | واحد |
| ضریب انتقال حرارت کلی | U | 2.0 | W/m²K |
| مساحت سطح | A | 0.5 | متر مربع |
| تفاوت دما | ΔT | 20 (35 درجه سانتیگراد محیط، 15 درجه سانتیگراد داخلی) | K |
| بار حرارتی غیرفعال | Q | 20 | W |
در X-Meritan، با ارائه مقادیر مقاومت حرارتی برای مواد محفظه و گزینه‌های عایق، به مشتریان خود کمک می‌کنیم تا بار گرمای غیرفعال را محاسبه کنند. ما همچنین در مورد استفاده از پوشش های انعکاسی و شکست های حرارتی برای کاهش بار حرارتی غیرفعال توصیه می کنیم. هدف ما این است که اطمینان حاصل کنیم که کل بار خنک کننده به طور دقیق محاسبه می شود، به طوری که کولر ترموالکتریک انتخابی نه کم اندازه و نه بزرگ است.
محاسبه بار خنک کننده کامل نمی شود تا زمانی که مقاومت حرارتی رابط های بین TEC و جسم در حال خنک شدن محاسبه شود. TEC مستقیماً جسم را خنک نمی کند. هیت سینک سمت سرد را خنک می کند و سپس جسم را از طریق رسانایی، همرفت یا تابش خنک می کند. هر رابط یک مقاومت حرارتی را معرفی می کند که ظرفیت خنک کننده موثر را کاهش می دهد. متداول ترین تلفات رابط عبارتند از مقاومت حرارتی ماده رابط حرارتی (TIM) بین TEC و هیت سینک، مقاومت حرارتی خود هیت سینک و مقاومت حرارتی مسیر حرارتی از سینک حرارتی سمت سرد به جسم. جدول زیر مقادیر مقاومت حرارتی معمولی را برای مواد مشترک مشترک خلاصه می کند.
| رابط | مقاومت حرارتی معمولی | یادداشت ها |
| گریس حرارتی (TEC به هیت سینک) | 0.1 - 0.5 درجه سانتیگراد / W | بستگی به ضخامت و فشار تماس دارد |
| پد حرارتی (TEC به هیت سینک) | 0.5 - 2.0 درجه سانتیگراد / W | اعمال آسان تر اما مقاومت بالاتر |
| هیت سینک (همرفت طبیعی) | 1.0 - 5.0 درجه سانتی گراد/W | بستگی به اندازه و طراحی باله دارد |
| هیت سینک (هوای اجباری) | 0.2 - 1.0 ° C/W | به فن نیاز دارد، اما مقاومت کمتری دارد |
| مسیر حرارتی به جسم | 0.5 - 3.0 درجه سانتیگراد / W | بستگی به مواد و هندسه دارد |
در کارخانه ما، خنک کننده های ترموالکتریک را با پوشش های سطحی ارائه می کنیم که برای تماس حرارتی بهینه شده اند. ما همچنین مواد رابط حرارتی و پشتیبانی از طراحی سینک حرارتی را برای کمک به مشتریان خود برای به حداقل رساندن تلفات رابط ارائه می دهیم. هدف ما این است که اطمینان حاصل کنیم که ظرفیت خنک کننده TEC به طور موثر به جسم در حال خنک شدن منتقل می شود، به طوری که سیستم الزامات عملکرد حرارتی خود را برآورده می کند.
ضریب عملکرد (COP) نسبت ظرفیت خنک کننده (Qc) به توان الکتریکی ورودی (Pin) است. COP بالاتر به این معنی است که TEC کارآمدتر است و انرژی الکتریکی کمتری برای همان ظرفیت خنک کننده مصرف می کند. COP یک خنک کننده ترموالکتریک به اختلاف دمای بین دو طرف سرد و گرم، مواد TEC و جریان کار بستگی دارد. با افزایش اختلاف دما، COP کاهش می یابد. این بدان معنی است که TEC که برای اختلاف دمای بالا انتخاب می شود، به توان بیشتری نیاز دارد و گرمای بیشتری تولید می کند که باید توسط هیت سینک سمت داغ دفع شود. جدول زیر مقادیر COP معمولی را برای یک کولر ترموالکتریک در اختلاف دماهای مختلف نشان می دهد.
| اختلاف دما (ΔT) | COP معمولی | مفهوم برای انتخاب TEC |
| 10 K | 1.5 - 2.0 | راندمان بالا، مصرف برق کم |
| 20 K | 0.8 - 1.2 | بازدهی متوسط |
| 30 K | 0.5 - 0.8 | راندمان کمتر، مصرف برق بیشتر |
| 40 K | 0.3 - 0.5 | راندمان کم، دفع حرارت قابل توجه |
| 50 K | 0.2 - 0.3 | راندمان بسیار کم، ممکن است به TEC چند مرحله ای نیاز داشته باشد |
در X-Meritan، منحنی‌های COP را برای خنک‌کننده‌های ترموالکتریک خود ارائه می‌کنیم، به طوری که مشتریان ما می‌توانند TEC را انتخاب کنند که با بازدهی بهینه برای اختلاف دمایشان کار می‌کند. ما همچنین در مورد استفاده از TEC های چند مرحله ای برای برنامه هایی که نیاز به اختلاف دما زیاد دارند توصیه می کنیم. هدف ما کمک به مشتریانمان برای دستیابی به عملکرد خنک کننده مورد نیاز با کمترین مصرف برق ممکن است.
ارزیابی تامین کننده کولرهای ترموالکتریک مستلزم تمرکز بر قابلیت تولید، داده های عملکرد، کنترل کیفیت و پشتیبانی فنی است. تامین کننده باید توانایی تولید TEC ها را با مشخصات مورد نیاز، از جمله ابعاد صحیح، تعداد زوج ها و عملکرد حرارتی صحیح داشته باشد. آنها باید داده های عملکرد کامل، از جمله Qc، COP، حداکثر جریان، و حداکثر ولتاژ در اختلاف دماهای مختلف را ارائه دهند. آنها باید یک سیستم کنترل کیفیت داشته باشند که عملکرد ثابت را از واحدی به واحد دیگر تضمین کند. و آنها باید پشتیبانی فنی را برای کمک به مشتریان در محاسبه بار خنک کننده و انتخاب TEC ارائه دهند. جدول زیر این معیارهای ارزیابی را خلاصه می کند.
| معیار ارزیابی | به دنبال چه چیزی باشید | چرا مهم است |
| قابلیت تولید | مونتاژ دقیق، تجهیزات تست | کیفیت و ثبات محصول را تضمین می کند |
| داده های عملکرد | Qc، COP، Imax، Vmax در ΔT مختلف | انتخاب دقیق را فعال می کند |
| کنترل کیفیت | ISO 9001، 100٪ تست | عملکرد ثابت را تضمین می کند |
| پشتیبانی فنی | محاسبه بار خنک کننده، انتخاب TEC | به انتخاب محصول مناسب کمک می کند |
| قابلیت اطمینان | داده های MTBF، آزمایش مادام العمر | عملکرد طولانی مدت را تضمین می کند |
در کارخانه ما، بیش از یک دهه است که کولرهای ترموالکتریک تولید می کنیم. ما از تجهیزات مونتاژ و آزمایش دقیق استفاده می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که هر TEC با مشخصات خود مطابقت دارد. ما داده های عملکرد کامل، از جمله Qc، COP، و حداکثر رتبه بندی را ارائه می دهیم. ما دارای گواهینامه ISO 9001 هستیم و 100٪ تست را روی هر واحد انجام می دهیم. تیم فنی ما برای کمک به محاسبه بار خنک کننده و انتخاب TEC در دسترس است. از شما دعوت می کنیم که ما را بر اساس این معیارها ارزیابی کنید و ما را به عنوان شریک کولرهای ترموالکتریک خود در نظر بگیرید.
جدول زیر پارامترهای کلیدی محصول را برای کولرهای ترموالکتریک ما ارائه می دهد. این TEC ها برای طیف گسترده ای از کاربردهای خنک کننده، از جمله دستگاه های پزشکی، دیودهای لیزر، بسته های باتری و محفظه های فشرده مناسب هستند. کارخانه ما همچنین می تواند TEC های سفارشی را برای برآورده کردن الزامات خاص تولید کند.
| پارامتر | محدوده مشخصات | یادداشت ها |
| ظرفیت خنک کننده (Qc) | 5 وات - 200 وات | در ΔT و جریان مشخص شده |
| حداکثر جریان (Imax) | 2 A - 15 A | بستگی به مدل داره |
| حداکثر ولتاژ (Vmax) | 5 ولت - 24 ولت | بستگی به مدل داره |
| حداکثر اختلاف دما (ΔTmax) | 65 K - 75 K | در Imax، در خلاء |
| محدوده COP | 0.2 - 2.0 | بستگی به ΔT دارد |
| ابعاد | 15 × 15 میلی متر تا 62 × 62 میلی متر | اندازه های سفارشی موجود است |
| تعداد زوج ها | 31 - 241 | ظرفیت خنک کننده را تعیین می کند |
| دمای عملیاتی | -40 درجه سانتیگراد تا +80 درجه سانتیگراد | بستگی به لحیم کاری و آب بندی دارد |
| MOQ | 10 عدد | برای سفارش های بزرگ قابل مذاکره است |
| زمان سرب | 2-4 هفته | بستگی به مقدار و سفارشی سازی دارد |
ما در کارخانه خود کولرهای ترموالکتریک خود را برای رعایت این مشخصات و موارد دیگر تولید می کنیم. ما می توانیم ظرفیت خنک کننده، ابعاد و دمای عملیاتی را متناسب با نیازهای خاص شما سفارشی کنیم. سیستم کنترل کیفیت ما شامل بازرسی مواد خام، بازرسی در فرآیند و 100٪ آزمایش نهایی قبل از حمل و نقل است. هدف ما ارائه کولرهای ترموالکتریک با کیفیت بالا به مشتریانمان است که نیازهای عملکرد حرارتی آنها را برآورده می کند.
سوال 1: تفاوت بار گرمایی فعال و غیرفعال چیست؟
پاسخ: بار گرمایی فعال گرمای تولید شده توسط اجزای الکتریکی داخل محفظه مانند کنترلرها، حسگرها و لیزرها است. بار حرارتی غیرفعال گرمایی است که از محیط بیرون از طریق دیواره ها، درب ها و دهانه ها وارد محوطه می شود. هر دو باید در محاسبه بار خنک کننده لحاظ شوند. برای اکثر محفظه های الکترونیکی فشرده، بار گرمای فعال جزء غالب است. برای محفظه های بزرگ با عایق ضعیف، بار حرارتی غیرفعال ممکن است قابل توجه باشد.
سوال 2: چه مقدار حاشیه ایمنی باید به محاسبه بار خنک کننده اضافه کنم؟
پاسخ: معمولاً حاشیه ایمنی 20 تا 30 درصد توصیه می شود. این حاشیه به دلیل عدم قطعیت در مصرف برق جزء، مقاومت حرارتی رابط‌ها و پیری TEC است. برای کاربردهای حیاتی، مانند دستگاه‌های پزشکی یا سیستم‌های لیزری، حاشیه بزرگتر 50 درصد ممکن است مناسب باشد. در Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd.، ما می توانیم به شما در تعیین حاشیه ایمنی مناسب برای برنامه خاص خود کمک کنیم.
سوال 3: چرا COP با افزایش اختلاف دما کاهش می یابد؟
پاسخ: با افزایش اختلاف دما، COP کاهش می‌یابد، زیرا TEC باید برای پمپاژ گرما در برابر گرادیان دما بیشتر سخت‌تر کار کند. برق ورودی افزایش می یابد و ظرفیت خنک کننده کاهش می یابد، بنابراین نسبت خنک کننده به توان کاهش می یابد. به همین دلیل است که TEC باید برای اختلاف دمای عملیاتی واقعی انتخاب شود، نه برای حداکثر درجه ΔT. کارخانه ما منحنی های COP را ارائه می دهد که کارایی را در اختلاف دماهای مختلف نشان می دهد.
سوال 4: آیا می توانم از TEC تک مرحله ای برای اختلاف دما زیاد استفاده کنم؟
پاسخ: یک TEC تک مرحله ای می تواند حداکثر اختلاف دما را در حدود 65-75 کلوین بدست آورد. برای اختلاف دماهای بیشتر، TEC چند مرحله ای مورد نیاز است. TEC های چند مرحله ای دو یا چند مرحله را برای دستیابی به اختلاف دمای کل بیشتر پشته می کنند، اما نسبت به TEC های تک مرحله ای کارآمدتر و گران تر هستند. اگر برنامه شما به اختلاف دما بیشتر از 70 کلوین نیاز دارد، برای تعیین بهترین راه حل با تیم مهندسی ما مشورت کنید.
سوال 5: چگونه مقاومت حرارتی هیت سینک خود را محاسبه کنم؟
پاسخ: مقاومت حرارتی یک هیت سینک به هندسه، مواد و شرایط جریان هوا بستگی دارد. معمولاً توسط سازنده هیت سینک بر حسب درجه سانتی گراد/W مشخص می شود. برای همرفت طبیعی، مقاومت حرارتی بالاتر از هوای اجباری است. برای یک تخمین تقریبی، یک هیت سینک همرفت طبیعی با مساحت 0.1 متر مربع ممکن است مقاومت حرارتی حدود 3-5 درجه سانتیگراد بر وات داشته باشد. برای نتایج دقیق، از داده های سازنده استفاده کنید یا یک آزمایش حرارتی انجام دهید. در کارخانه ما می‌توانیم به شما کمک کنیم سینک گرمایی را انتخاب کنید که با نیازهای حرارتی TEC مطابقت داشته باشد.
محاسبه بار خنک کننده مورد نیاز اولین و مهمترین مرحله در انتخاب کولر ترموالکتریک است. بار خنک کننده مجموع بار گرمای فعال، بار گرمای غیرفعال و هر منبع گرمایی اضافی است. باید با دقت محاسبه شود، از جمله مقاومت حرارتی رابط ها و تأثیر ضریب عملکرد. با پیروی از روش‌های محاسبه شرح داده شده در این مقاله، مهندسان می‌توانند یک TEC را انتخاب کنند که نیازهای حرارتی برنامه را بدون هزینه یا پیچیدگی غیر ضروری برآورده کند. در Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd.، کارخانه ما تخصص و محصولاتی برای پشتیبانی از نیازهای خنک کننده ترموالکتریک شما دارد. ما داده های عملکرد کامل، پشتیبانی فنی و طرح های سفارشی را برای کمک به شما در دستیابی به بهترین راه حل حرارتی ارائه می دهیم.
چه در حال خنک کردن یک آنالایزر پزشکی، یک دیود لیزر، یک بسته باتری یا یک محفظه جمع و جور هستید، از شما دعوت می کنیم تا با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود صحبت کنید. ما می توانیم نمونه ها، داده های فنی و پشتیبانی برنامه را ارائه دهیم. تعهد ما به کیفیت و رضایت مشتری ما را به یک شریک قابل اعتماد برای راه حل های مدیریت حرارتی در سراسر جهان تبدیل کرده است.
امروز با Fuzhou X-Meritan Technology Co., Ltd. تماس بگیریدبرای بحث در مورد نیازهای خنک کننده ترموالکتریک خود و کشف اینکه چگونه محصولات ما می توانند نیازهای بار خنک کننده شما را برآورده کنند.
