Kennt jemand die Wärmeleitfähigkeit von TEC/Peltier-Elementen? Wenn das TEC zur Kühlung eines Festkörper benutz wird ist dieser normalerweise überall gut isoliert (Styropor, Schaumstoff u. ä.), ausser dort, wo er über den TEC Kontakt zur Aussenwelt hat. Also bildet der TEC im ausgeschalteten Zustand (Zweipunkteregelung) eine Wärmebrücke. Die kann man nur berechnen, wenn die Wärmeleitfähigkeit vom TEC bekannt ist. Ist diese Grösse jemandem geläufig?
Ich kenne den aktuellen Wärmewiderstand zwar nicht, aber man kann ja mal grob überschlagen, man hat 2 Keramikplatten von etwa 1mm, davon kannst du dir schon mal den Wärmewiderstand raussuchen und dann noch etwas Silizium dazwischen.
Naja, gerade das Silizium dazwischen ist die grosse Unbekannte. ;)
Naja, nicht einfach nur Silizium. Meines Wissens ist da auch noch irgendwie Wismut, Tellur und sowas mit dazwischen ...
> Also bildet der TEC im ausgeschalteten Zustand (Zweipunkteregelung) > eine Wärmebrücke. Das tut er, und das verschlechtert den eh schon schlechten Wirkungsgrad der Teile nochmal erheblich. Deshalb macht das keiner. .-) Olaf
Hmm aber ich denke Silizium wird den Löwenanteil ausmachen und somit auch am meisten die Wärmeleitfähigkeit betreffen, sind zwar nur Vermutungen, sonst bleibt dir wohl nix anderes aus als nachzumessen ;)
Olaf wrote:
> ... Deshalb macht das keiner. .-)
Was genau macht keiner?
Das ding ausschalten, bzw. eine zweipunktregelung verwenden, da so die effizient noch mal drastisch sinkt
Achso, natürlich. :) Aber die Wärmeübertragung zurück findet auch im eingeschaltetem Zustand statt, solange eine Temperaturdifferenz zwichen dem gekühltem Festkörper und der Umwelt vorhanden ist. Der TEC pumpt zwar die Wärme von innen nach aussen, aber ein Teil dieser Wärme fliesst über das TEC Material wieder zurück. Eine Art Wärmeleckstrom sozusagen. Oder mache ich da irgendwo einen Denkfehler?
Peltier-Elemente arbeiten in beide Richtungen, d.h. wenn man Strom durchschickt wird die eine Seite heiß und die andere kalt. Schaltet man nun nur ein Multimeter zwischen die beiden Anschlüsse und man macht die eine Seite heißer als die andere, kann man mit einem Multimeter einen Strom messen. Nun könnte ich mir vorstellen, daß man daraus, d.h. über den sich über die Zeit ändernden (sprich kleiner werdenden) Strom in Verbindung mit dem Wissen über die thermischen Eigenschaften der an den beiden Flächen angebrachten Kühlkörpern und zweier Temp.-Sensoren (auf jeder Seite einer) von hinten durch die Brust ins Auge auf derartige Parameter schließen könnte. Selbst gemacht habe ich das (natürlich) noch nicht - ist ja nur ein, vielleicht auch in die völlig falsche Richtung, weisender Denkanstoss. ;-)
Naja, zum Vergleich könnte man diese Methode eventuel benutzen, aber für eine quantitative Messung ist sie wohl zu ungenau.
In einem guten Datenblatt sollte man diese Daten finden. Eventuell aber auch nur indirekt über die maximale temperaturdifferenz und den Wärmestrom bei Null Temperaturdfferenz. Wenn ich mich richtig erinnere ist es beim optimalen Strom gerade so, das die elektrische Leistung genauso groß ist wie die gepumpte wärmemenge. Der Wärmewiderstand sollte sich dann als optimaler Strom * Spannung dazu (ohne Temperaturdifferenz) geteilt duch die maximal erreichbare Temperaturdifferenz ergeben. Eine gewisse Ungenauigkeit ist da drin, denn die Parameter sind etwas Temperaturabhängig. Dazu kommt dann auch noch ein Teil von den Isolierkörpern. Die Wärmeleitung durch das Petierelement ist eine wesentliche Begrenzung. Deswegen werden ja gerade die relativ exotischen Halbleiter genommen und kein Silizium, damit man eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit und schlechte thermische Leitfähigkeit hat, soweit das halt eben geht.
Ulrich wrote:
> In einem guten Datenblatt sollte man diese Daten finden.
Es sieht so aus, als ob ich bis jetzt nur schlechte gesehen habe.
Danke für den Rechenanzatz.
Da wir gerade dabei sind: was unterscheidet das gute vom schlechtem
Peltier?
> Da wir gerade dabei sind: was unterscheidet das gute vom schlechtem > Peltier? Bessere Teile sind z.B am Rand versiegelt. Das erhoeht die Lebensdauer weil kein Wasser ins Bauteil kommt wenn man unter dem Taupunkt liegt. Olaf
Aha, danke! Gibt es auch irgendwelche Unterschiede im Wirkungsgrad, oder andere Parameter?
>Bessere Teile sind z.B am Rand versiegelt.
Ein bisschen voreilig. Der Hersteller kann nicht ahnen wir der Kunde das
Ding einsetzen will. Auf Kondensation zu schliessen ist etwas uebereilt.
Falls man die Kondensation ausschliesst, so ist die Abdichtung nur eine
zusaetzlicher Waermeleiter.
Ich verklopp die Dinger, und die wenigesten Kunden kuehlen unter die
Kondensationstemperatur. Die meisten, die mit festen Temperaturen
arbeiten haben eine Temperatur etwas oberhalb der Raumtemperatur, sodass
man mit minimal Strom eine stabile Temperatur kriegt. Viele fahren die
Temperatur im positiven Bereich herum. Andere im negativen Bereich, aber
im Vakuum, oder unter Schutzgas.
> Ich verklopp die Dinger
Und?
Gibt es irgendwelche Unterschiede im Wirkungsgrad? Bei mir ist die
Energie nämlich streng limitiert wegen Batteriebetrieb.
Ja. es gibt Unterschiede. Der ist aber generell schlecht. Der beste Wirkungsgrad ist bei deltaT=0, wobei der Wirkungsgrad die Waermemenge durch den Strom gerechnet wird. Der Wirkungsgrad ist nicht der wichtigste Parameter. Fast wichtiger sind Exemplarstreuungen, Zuverlaessigkeit bei Zyklenbetrieb. Batteriebetrieb ? Wenn man mit einem minimal Kleinen durchkommt ... Es gibt Standardgroessen ab 6x6mm
Ich brauche es für eine konstante Temperatur von 4°C. Kleines Peltier 6x6 ist gut weil die Wärmebrücke zur Aussenwelt klein ist, aber auch der Wärmetransport muss über eine kleinere Fläche erfolgen... Gibt es eigentlich ein Fundamentalwerk für TECs? Irgendein Whitepaper mit Praxistips, oder so?
> Die meisten, die mit festen Temperaturen arbeiten > haben eine Temperatur etwas oberhalb der Raumtemperatur, > sodass man mit minimal Strom eine stabile Temperatur kriegt. Hm..haette ich jetzt nicht gedacht. In so einem Falle scheint es mir billiger zu sein einfach den Sollwert so hoch zu setzen das man da normalerweise nicht hinkommt, sagen wir mal 45Grad und einfach nur mit einem Widerstand zu heizen. > Andere im negativen Bereich, aber im Vakuum, oder unter Schutzgas. Versauen die einem nicht das Vakuum? > Ich brauche es für eine konstante Temperatur von 4°C. Also dann wird da Luftfeuchtigkeit kondensieren. .-) > Kleines Peltier 6x6 ist gut weil die Wärmebrücke zur > Aussenwelt klein ist Also den Satz musst du mir nochmal erklaeren. Die Groesse deines Elementes richtet sich nach deiner Benoetigten Kuehlleistung. Also z.B wie gut du deine kalte Seite gegen die Umwelt isolieren kannst. Oder auch mit welcher Geschwindigkeit du runterkuehlen musst. > Gibt es eigentlich ein Fundamentalwerk für TECs? Irgendein Whitepaper > mit Praxistips, oder so? Naja, bei den Herstellern auf deren Homepages kann man sicherlich was finden. Olaf
>> Kleines Peltier 6x6 ist gut weil die Wärmebrücke zur >> Aussenwelt klein ist >Also den Satz musst du mir nochmal erklaeren. Die Groesse deines >Elementes richtet sich nach deiner Benoetigten Kuehlleistung. Sicher. Aber die Kühlleistung ist sowohl durch einen 30x30, als auch durch einen 40x40 TEC erreichbar. Welches nehme ich jetzt? Im eingeschwungenen Zustand (Solltemperatur 4°C erreicht) muss der TEC nur noch die Wärmr rauspumpen, die von aussen eindringt. Das Ding ist gut isoliert, der Hauptanteil der Aussenwärme dringt durch den TEC selbst in das kühle Innenvolumen. Also sollte der TEC eine möglichst kleine Fläche haben. Anderseits kann ich mir aber vorstellen, das der kleinere TEC mit schlechterem Wirkungsgrad arbeitet. Welches nehme ich jetzt?
Weshalb sollte der kleinere Peltier mit kleinerem Wirkungsgrad arbeiten ? Die Elementchen sind immer dieselben, nur deren Zahl variiert.
> Weshalb sollte der kleinere Peltier mit kleinerem Wirkungsgrad arbeiten?
Ist nur eine Vermutung: Weil die gleiche Wärmemenge durch eine kleinere
Öffnung gepumpt werden muss, die Wärmeübergangswiderstände aber grösser
sind: Innenraum-TEC, TEC selbst, TEC-Kühlkörper, Kühlkörper-Umgebung,
mit allen dazwischenliegenden Folien und Pasten.
Ja. Bei einer gleichen Waermemenge pro Flaeche und Zeit wuerde ich den Wirkungsgrad als gleich annehmen.
Also ist bei gleicher Wärmemenge und Zeit, aber kleinerer Fläche der Wirkungsgrad schlechter?
Wirkungsgrad bestimmt sich aus Nutzenergie und aufzubringender Energie. Es ist natürlich anzunehmen, daß der Wirkungsgrad sinkt, wenn das Verhältnis von "wärmeübergangsbestimmenden_Flächen" zu von der Wärme zu überwindender Strecke ungünstig (klein) wird, weil von der Seite her Verluste enstehen. Insofern sind kleine Peltiers mit ungünstiger Geometrie sicherlich etwas benachteiligt.
Der Wirkungsgrad hängt auch von den Einsatzbedingungen ab. Wenn es darum geht eine hohe Temperaturdifferenz aufrecht zu halten, dann ist eine große Fläche schlecht, denn dann wird ein großer Teil der Leistung benötigt die Wärmeleitung im TEC selber zu kompensieren. Das Peltierelement sollte also nicht unötig groß gewählt werden. Ein bischen Reserve für ungünstige Rahmenbedingungen sollte natürlich schon sein. Bei einer kleinen Temperaturdifferenz (Temperaturstabiliesierung nahe Umgebungstemperatur) wird es zunehmend weniger wichtig, dann darf das Peltierelemt auch etwas größer als nötig sein.
Soweit klingt es logisch. Lässt sich diese Aussage auch quantifizieren? Was ist eine grosse Temperaturdifferenz und was eine kleine?
Bzgl. Standartwerk: Ich habe auch lange gesucht (habe eine Regelung für eine Klimakammer durchrechnen wollen) und kaum etwas gefunden. Einzig ein paar (gute) Veröffentlichungen von Simon Lineykin. In seinen Papers hat er ein SPICE-Modell für TECs aufgestellt und auch Formeln zum extrahieren Parameter aus den üblichen Herstellerangaben (deltaTmax, Pmax, Imax ...). Als Beispiel hier dieses: http://www.ee.bgu.ac.il/~pel/pdf-files/conf102.pdf Die meisten hier aufgebrachten Fragen in den Gleichungen (8) und (9) enthalten (Wärmeleitung + Wärmepumpleistung + elektrische Verlustleistung). Aus dem entwickelten Ersatzschaltbild und den Gleichungen lässt sich die Funktionsweise ganz gut nachvollziehen. Nicht von den vielen Formeln abschrecken lassen. So wild ist (zumindest das für Anwender interessante nicht). Ich habe das simuliert (Matlab) und mit einem billig TEC (EBay-Teil) verglichen. Passt ganz gut. Am schwierigsten war das Abschätzen der Wärmewiderstände TEC <-> Kühlkörper, da die (vor allem auf der heißen Seite) viel ausmachen. Grundsätzlich zum Wirkungsgrad: Bei einer Temperaturdifferenz von 0 K über den beiden Seiten ist dieser am größten und nimmt dann immer weiter ab (soweit ich noch weiß, weil irgendwann die Wärmeleitung + el. Verlustleistung so groß wie die Pumpleistung werden). Clemens
Oha, danke, das ist mal was! Du schreibst, dass Du es mit diesem Model bereits im Spice simuliert hast. Hast Du zufällig noch die Netzliste? Gruss
Ich habe es in Simulink nachgebaut (war schon eine Weile her). Keine Ahnung ob ich das noch finde. Aber ich habe einfach die Schaltung aus dem Paper mit der SimPower Toolbox zusammengeklickt . Clemens
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