Warum erwärmt sich ein Peltier-Kühler, wenn er durch Eis gekühlt wird?

In diesem Beitrag stellt sich die Frage nach dem Problem, dass sich ein Peltier-Kühler nach einer Weile des Betriebs aufheizt. Die Erklärung war, dass der Peltier-Kühler nur eine feste Temperaturdifferenz zwischen kalter und heißer Seite aufrechterhalten kann. Aus diesem Grund beginnt die Temperatur der heißen Seite zu steigen, wenn Wärme von der kalten Seite aufgenommen und auf der heißen Seite abgegeben wird. Da der Kühler nur eine feste Differenz zwischen den Seiten aushalten kann, beginnt die Temperatur der kalten Seite zu steigen, wenn die Temperatur der heißen Seite zu steigen beginnt. Um also die kühle Seite zu kühlen, muss die Wärme der heißen Seite abgeführt werden.

Das ist meine komplizierte Neuinterpretation, aber ich glaube, ich habe die Idee verstanden. Letztendlich brauche ich eine Möglichkeit, die vom Peltier-Kühler erzeugte Wärme abzuleiten. Ich habe viele Leute gesehen, die in große Kühlkörper mit mehreren Lüftern investiert haben, aber ich habe irgendwie wenig Geld: PI hat sich gefragt, ob Eis gut funktionieren würde. Die erzeugte Wärme würde, genau wie bei einem Kühlkörper, von der heißen Seite des Kühlers abgesaugt. Also nahm ich nach einiger Vorbereitung mein Gerät und klatschte die heiße Seite auf eine Eisplatte. Leider trat das gleiche Problem auf: Die Temperatur sank bis zu dem Punkt, an dem kleine Schneeflecken auf der Kühlplatte niederzufallen begannen; jedoch begann es bald zu heizen, schmolz den Schnee und damit auch meine Hoffnung. Ich verstehe nicht, würde Haben die in dieser Anwendung verwendeten Kühlkörper nicht höhere Temperaturen als das Eis? Wie kommt es, dass Menschen, die Kühlkörper verwenden, niedrigere Temperaturen erreichen, als wenn das Gerät mit Eis gekühlt wird? Wenn die Kühlkörper höhere Temperaturen als das Eis haben, stimmt dies außerdem nicht mit der Temperaturdifferenzspezifikation des Peltier-Kühlers überein, was meiner Meinung nach bedeutet, dass das Gerät defekt sein könnte. Aber ich habe das Gefühl, dass mein Verständnis davon, wie diese Einheiten funktionieren, falsch ist. Jede Hilfe wäre willkommen :)

Wenn auf dem Eis kein warmes Wasser entsteht und die Lücke geschlossen ist, würde das helfen. Aber gebrauchte CPU-Kühler könnten kostenlos sein, wenn Sie Zugang zu alten AMDs hätten
Ich weiß nicht, wo Sie wohnen, aber wenn es eine Müllsammelstelle in der Nähe gibt, können Sie sicherlich kostenlos anständige Kühlkörper und so viele Kühler wie nötig bekommen. Außerdem wird Greta stolz auf dich sein (naja, das hängt auch davon ab, wie lange du vorhast, deinen Apparat laufen zu lassen).

Antworten (3)

Sie müssen noch für die thermische Kopplung zum Eis sorgen. Sobald Ihr Eis schmilzt, bildet es eine dünne Wasserschicht, die in Richtung Ihres TEC-Elements wärmer ist. Eis an sich ist ein anständiger Wärmeisolator (siehe Iglus), sodass die Wärme des Wassers nirgendwo hingehen kann (zumindest nicht schnell genug). Und die Wasserschichten erzeugen ein Gefälle, wobei sich der wärmste Teil auf Ihrer TEC-Oberfläche befindet, was sich in Ihr thermisches Budget einfrisst.

Die Zwangsluftkühlung funktioniert trotz schlechterer Wärmeleitfähigkeit der Luft (im Gegensatz zum Wasser) und höheren Temperaturen besser als das Eis allein, weil sie dafür sorgen können, dass warme Luft weggeblasen wird.

Ich denke, es könnte effektiver sein, nur ein Wasserbad als Kühlmittel zu verwenden, anstatt TEC direkt auf Eis zu legen. Auf diese Weise mischt sich Wärme in das gesamte Bad und erwärmt es allmählich. Wärmere Wasserschichten neben TEC sollten ihre Wärme zu kühleren Schichten "abschieben" (über Konvektionsströmungen), und dieser Prozess würde nicht durch die isolierenden Eigenschaften von Eis blockiert. Noch besser, wenn Sie einen Ventilator einbauen könnten, um das Wasser zirkulieren zu lassen. Wenn Sie Zugang zu großen Mengen an destilliertem Wasser haben, müssen Sie sich auch keine Gedanken über Kurzschlüsse machen, es sei denn, das Wasser wird schmutzig genug, um zu leiten.

Ich nahm mein Gerät und schlug mit der heißen Seite auf eine Eisplatte.

Rechts. Und wie haben Sie sichergestellt, dass die heiße Seite weiterhin das Eis berührt? Wenn Sie den TEC nicht so montiert haben, dass die heiße Seite in Kontakt gezwungen wurde (federbelastet oder schwerkraftbelastet), wurde die heiße Seite heiß, schmolz die Oberseite des Eises und das Wasser floss ab. Jetzt hat die heiße Seite keinen Kontakt, also wird es sehr heiß und die kalte Seite folgt.

Wenn einem Peltier eine Spannung (oder ein Strom) zugeführt wird, erwärmt es sich aufgrund von Widerstandsverlusten. Das BiTe-Material (normalerweise bei den meisten Peltiers) ist resistiv und funktioniert wie ein Widerstand (im Peltier-Schaltungsmodell unten als Rm zu sehen).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Quelle: https://www.researchgate.net/publication/50406971_TESTING_AND_SIMULATION_OF_SOLID_STATE_HEATING_AND_COOLING/figures?lo=1

Das Problem ist, dass das Peltier Wärme erzeugt, aber das Peltier bewegt auch Wärme von der kalten Seite zur heißen Seite. Dies bedeutet, dass die Wärme, die das Peltier erzeugt, zusammen mit der Wärme, die es von der kalten Seite abgezogen hat, auf der heißen Seite landet.

Die Wärme muss jedoch irgendwohin gehen (ein Peltier ist Teil eines größeren Wärmekreislaufs). Das bedeutet, dass Sie einen großen Kühlkörper benötigen (Luft ist kein guter Wärmeleiter).

Dies bedeutet auch, dass das vom Peltier erzeugte deltaT von der heißen Seite gesteuert wird. Zum Beispiel:

Wenn ein Kühlkörper (und die heiße Seite des Peltiers) 30 ° C beträgt und das deltaT (berechnet aus dem Datenblatt) 20 ° C beträgt, könnte ich die kalte Seite bei 10 ° C betreiben

Wenn ein Kühlkörper (und die heiße Seite des Peltiers) 10 ° C beträgt und das deltaT (berechnet aus dem Datenblatt) 20 ° C beträgt, könnte ich die kalte Seite bei -10 ° C betreiben.

Wenn ein Kühlkörper (und die heiße Seite des Peltiers) 30 ° C hat und das deltaT (berechnet aus dem Datenblatt) 35 ° C beträgt, könnte ich die kalte Seite bei -5 ° C betreiben

Dies setzt voraus, dass der Kühlkörper eine konstante Temperatur halten kann und sich nicht erwärmt, wenn der Peltier Wärme in ihn abgibt.

Wenn Sie einen Kühlkörper verwenden, muss zwischen dem Peltier und dem Kühlkörper ausreichend Wärmeleitpaste (so dünn wie möglich) vorhanden sein

verstehe, danke für die antwort! Ich habe ganz am Ende bemerkt, dass Sie sagten, die Wärmeleitpaste sollte so dünn wie möglich sein. Wollen Sie damit sagen, dass dickere Schichten Wärmeleitpaste die ordnungsgemäße Wärmeübertragung verringern? Danke noch einmal!!
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