Kühlleistung von Peltier Element

Gast #3669367
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Hallo!

Folgendes Problem:
Ich verwende folgendes Peltier Element zum Kühlen eines Metallblocks.
http://at.rs-online.com/web/p/peltiermodule/6935107/?searchTerm=peltier+100W&relevancy-data=636F3D3226696E3D4931384E44656661756C74266C753D6465266D6D3D6D61746368616C6C7061727469616C26706D3D5E5B5C707B4C7D5C707B4E647D5C707B5A737D2D2C2F255C2E5D2B2426706F3D3926736E3D592673743D4B4559574F52445F4D554C54495F414C5048415F4E554D455249432673633D592677633D4E4F4E45267573743D70656C74696572203130305726

ET-161-12-14-E

Wenn man das Datenblatt öffnet und unter der angegebene Nummer schaut, 
sieht man folgendes:
Imax = 5A
Umax = 20V

Zwischen Metallblock und kühler Seite des Peltiers befindet sich eine 
dünne Schicht Wärmeleitpaste, zwischen Kühlkörper und warmen Seite 
ebenfalls. Der Kühlkörper sieht so aus:
https://www.google.at/search?q=k%C3%BChlk%C3%B6rper&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=FYyDU_qaNaes7Qak-4DQAg&sqi=2&ved=0CEMQsAQ&biw=1670&bih=750#facrc=_&imgdii=_&imgrc=OJt_BdzPnS4HfM%253A%3B6OrdfTQrrnKuzM%3Bhttp%253A%252F%252Fde.farnell.com%252Fproductimages%252Ffarnell%252Fstandard%252F462208006-40.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fde.farnell.com%252Ffischer-elektronik%252Fla-6-150-24v%252Fkuhlkorper-lufter-24v%252Fdp%252F1222509%3B215%3B200

Die Lüfter führen die Wärme ab...

ich steuere das Peltier mit einer PWM aus dem µC an, wobei ich mit dem 
DutyCycle über eine Leistungsstufe die Spannung am Peltier einstelle, 
der STrom ergibt sich daraus.

Wenn ich nun eine Spannung von ca 19V einstelle, fließt zunächst ein 
Strom von ca 5A, welcher stetig zurückgeht und dann konstant auf 4,5A 
bleibt. Das Ganze dauert ca 2 min...

Ich habe bemerkt, dass ich mit etwas geringerer Spannung ein höheres 
Delta T erreiche.
1.Frage: Liegt das daran, dass das Peltier mehr kann als der Kühlkörper 
abführt (sprich ich bekomme zu wenig Wärme weg)?

2.Frage: Wie kann ich im bestehenden System (ohne z.B. die Kühlung zu 
verbessern) herausfinden, welche Spannung (bzw. in weiterer Folge 
welcher Strom) optimal ist?

Vielen Dank für eure Hilfe!
LG
Gast #3669378
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PWM und Peltier vertragen sich aber nicht gut.

http://www.deltron.ch/pdf/produkte/peltier/instruktion_d.pdf

Speisegeräte mit PWM (Pulsbreitenmodulation) sind sehr verbreitet in 
Peltier-Anwendungen.
Die maximale Modulationsfrequenz sollte auf 0.5Hz begrenzt werden wegen 
der relativen
Trägheit der thermischen Vorgänge gegenüber den elektrischen. Wird 
Hochfrequenz-PWM
eingesetzt (1 – 100 kHz), verwenden Sie einen passenden Kondensator, um 
die Oberwellen
zu reduzieren.
Gast #3669379
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Chris schrieb:
> ich steuere das Peltier mit einer PWM aus dem µC an, wobei ich mit dem
> DutyCycle über eine Leistungsstufe die Spannung am Peltier einstelle,
> der STrom ergibt sich daraus.

Betreibst du das Peltier mit dem (verstärten) PWM Signal oder wird es 
mit einem geregelten Gleichstrom betrieben?
#3669394
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Chris schrieb:

> Ich habe bemerkt, dass ich mit etwas geringerer Spannung ein höheres
> Delta T erreiche.
> 1.Frage: Liegt das daran, dass das Peltier mehr kann als der Kühlkörper
> abführt (sprich ich bekomme zu wenig Wärme weg)?
>
Ich habe zwar keine praktische Erfahrung mit Peltier - Elementen, aber 
elektrisch gesehen haben wir etwas an dem 20 V anliegen und 5 A 
durchfliessen. Das wären erst einmal 100 W, Wärmeleistung. Wenn man die 
Spannung etwas herunternimmt senkt sich auch diese Verlustleistung. Ich 
tippe darauf, der Wirkungsgrad des Peltier - Elementes verbessert sich 
dadurch.

mfg. Klaus.
Gast #3669432
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Grüß Euch!

Danke zunächst für Eure Antworten!

Ich steuere das Peltier nicht direkt mit PWM, die PWM geht über eine 
Leistungsstufe und wird in eine konstante Gleichspannung umgewandelt, 
d.h. DutyCycle 50% entspricht z.B. konstant 10V, DutyCycle 75% konstant 
15V usw...

Okay, ich würde dann einfach mehrere Versuche mit unterschiedlichen 
DutyCycles durchführen und das Ergebniss betrachten. Beim größten 
erreichten Delta T ist dann der optimale Wirkungsgrad.

Hättet Ihr noch weitere Vorschläge? Warum sinkt eigentlich der Strom mit 
der Zeit, um dann nach ca 2 min konstant zu bleiben? Vermutlich weiol 
sich der Widerstand des Peltiers mit der Temeperatur ändert und nach 2 
min ca konstant ist?

Sollte man für Peltiers generell besser eine STromregelung vornehmen?

LG
Gast #3669522
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Im Datenblatt steht nichts bez. Strom für den besten Wirkungsgrad... 
vermutlich auch deswegen, weil das natürlich vom System abhängig ist...

Kann man davon ausgehen, dass bei einem optimalen Kühlsystem immer der 
maximale Strom mit dem besten Wirkungsgrad begleitet ist? Oder ist auch 
dann der optimal Wikrunsgrad bei einem Strom unterhalb des maximal 
zulässigen Stromes?

LG
Gast #3669533
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Das mit dem sinkenden Strom, kann ich dir nicht mehr bis auf die 
physikalische Ebene runterbrechen. Sinngemäß kann man sich das so 
vorstellen. Wenn du z.B. umgekehrt von außen ein Temperaturgefälle am 
Element erzeugst, kannst du eine Spannung messen. Nennen wir sie mal 
Generatorspannung. Wenn du also durch Stromfluss ein Temperaturgefälle 
erzeugst, wirkt dieses mit seiner Generatorspannung der angelegten 
Spannung entgegen. Das bedeutet, der Strom wird durch den ohmschen 
Anteil und diese Generatorspannung bestimmt, die mit zunehmender 
Temoeraturdifferenz steigt. Dadurch verringert sich der Strom.
Gast #3669537
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Das du u.U. mit einem niedriegeren Strom ein höheres delte T erreichst, 
liegt wahrscheinlich daran, dass die Leistung, die über dem ohmschen 
Anteil abfällt irgendwann die Kühlleistung übersteigt.
Gast #3669699
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HAllo,

ich werde heute mal einen Versuch mit einem geringeren Maximalstrom und 
sonst identischem System starten. Allerdings ist heute die 
Umgebungstemperatur etwas geringer. Gestern kühlte ich von 28°C auf 
10°C, entspricht einem DeltaT von 18°C.

Heute würde die Messung bei 24°C starten, kann man die beiden DeltaT 
vergleichen oder ist das nur aussagekräftig, wenn die Starttemperatur 
dieselbe ist (sprich: wenn die Starttemperatur gestern 24°C betragen 
hätte, hätte ich dann auf 6°C runterkühlen können)?

Danke, lG
Gast #3669813
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Chris schrieb:
> Hat jemand eine Ahnung, ob es einen Unterschied macht, ob ich von 28°C
> auf 10°C oder von 25°C auf 7°C kühle? Das Delta ist gleich, aber kann
> man das vergleichen?

Wenn sich sonst nichts dabei ändert, kann man das recht gut vergleichen.

Aber als Gegenbeispiel mal angenommen, der Taupunkt der Umgebungsluft 
liegt bei 9°C. Dann würde im ersten Fall der Metallblock halbwegs 
trocken bleiben. Im zweiten Fall beginnt ab 9° die Luftfeuchtigkeit zu 
kondensieren und gibt dabei eine Menge Wärme an den Metallblock ab - 
dann ist nichts mehr mit Vergleichbarkeit. Also achte z.B. darauf, dass 
die kühle Seite trocken bleibt.
Gast #3669969
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jetzt schrieb:
> Plus .. je mehr die Oberflaeche von der Umgebungstemperatur abweicht,
> desto mehr Konvektion gibt es. Daher sollte man den Teperaturshift nicht
> allzu gross waehlen.

Was meinst du damit? Oberfläche der Umgebungstemperatur? Der Kühlkörper 
bleibt der gleiche, demnach ist auch die Oberfläche zur 
Umgebungstemperatur gleich, falls du das damit meinst?!

Bitte um Aufklärung,

Danke, lG
Gast #3670140
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Wenn du bei einer Umgebung von 20 Grad von 30 auf 10 Grad kuehlst, ist 
das etwas anderes wie von 40 auf 20. Die heisse Seite ist immer ueber 
der Umgebungstemperatur. Und die warme Seite hat die Tendenz nach oben 
wegzulaufen.
Gast #3670816
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Die Ausgangstemperatur ist immer die Umgebungstemperatur. D.h. zu Beginn 
mat der Metallblock immer die Temperatur der Umgebung. Dementsprechend 
kühle ich immer ausgehend von der Umgebungstemperatur runter. Ich kann 
also bei einr Umgebungstemperatur von 20°C nicht von 30 oder 40°C runter 
kühlen, sondern nur von 20.
Gast #3670896
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Ja. Ausgangstemperatur ist die Umgebungstemperatur. Dann stellt man zB 
18Grad ein. Die warme Seite laeuft weg. Die ist dann ploetzlich bei 40 
Grad steigend. Irgendwann ist sie bei 50 Grad, und kann nicht mal 
Umgebungstemperatur auf der kalten seite halten.
Probier's aus.

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