【选型】如何根据散热量为半导体制冷饮水机选择合适的散热器?

2018-06-13 世强

电子制冷饮水机,又称半导体制冷(TEC芯片制冷)饮水机。芯片制冷具有功耗小、运行噪声低、无污染、自动控制和售价低等特点,受广大消费者喜爱。工程师在设计电子制冷饮水机制冷功能单元时,重点要通过计算,选择合适的半导体制冷片。下面将通过对一个工程师的提问,说明如何选型。


某工程师提问:使用II-VI MARLOW公司的半导体制冷片,设计高质量的饮水机,夏天在室外(非爆晒),制冷200ml的水到18℃(假设环境室外温度35℃,水温30℃)是否需要增加散热风扇扇热?


问题分析,需不需要增加散热风扇,是根据实际工作时,是否能够通过自然散热,保证散热片温度和环境温度处于合理范围。这就需要分析散热片需要耗散的热量,根据散热量选择合适的散热器。


半导体制冷片本身是一种热量搬运的电子器件,将一定的热量从冷面搬运到热面,同时消耗的电能转化为热量。即冷面的热量被搬运到热面达到制冷效果,而搬运的热量和电能转化的热量将集中在热面而达到制热效果。对上述案例分析如下:


计算冷面散热量和散热功率

水的比热C是4200 J/kg·℃,降到18℃所需要的耗散热量为Q1=m·T·C=0.2*12*4200=10080 J,

若需要在5min达到18℃,则需要的搬移热量功率为Pc=10080/300=33.6 w


半导体制冷片选型

一般情况下,为延长元器件使用寿命,环境温度应保持在50℃以下,以热面50℃为例,选择制冷片型号。由于冷面需要散热功率为33.6w,选择II-VI Marlow不同功率等级的单级半导体制冷片RC12-4-01(Qmax=39w)和RC12-6-01(Qmax=60w)进行参数对比。如下图一为RC12-4-01和RC12-6-01单级半导体制冷片热面在50℃情况下的曲线图。


要求:温度差△T=50-18=32℃,散热功率Pc=33.6w。

由下图可以看出,RC12-4-01单级半导体制冷片在散热功率为33.6w(曲线在红色椭圆区域内)时,温差不足10℃,即在热面50℃时,冷面温度最低温度大于40摄氏度,不符合温度差32℃的要求。

查看RC12-6-01单级半导体制冷片的曲线,33.6w的曲线在30w和35w曲线之间,如图红色曲线表示部分,对应的电压约14.5V,电流为5.5A。

                                    RC12-4-01和RC12-6-01单级半导体制冷片热面在50℃情况下的曲线图

图一:RC12-4-01和RC12-6-01单级半导体制冷片热面在50℃情况下的曲线图


计算热面的热量和功率

热面的热量Q2为冷面转移的热量Q3加制冷片本身的功率Q4,即Q2=Q3+Q4


若使用单级半导体制冷片RC12-6-01,则热面的功率为Ph=Q2/t=Pc+Pp=33.6+79.3=112.8w(Pp为制冷片本身的功耗U·I)

通过上述分析,使用的散热器必须能够达到散热功率为112.8w。根据空间,环境等综合因素,选择合适的散热片(或带风扇的散热片)。


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  • 卍君卍 Lv4 . 资深工程师 2018-09-21
    支持
  • 徐静静 Lv4 . 资深工程师 2018-09-10
    好东西!
  • 人到中年 Lv5 . 技术专家 2018-08-17
    不错
  • bsy1984 Lv4 2018-07-23
    散热的学问很大啊!
  • 菲娜樱子 Lv5 . 技术专家 2018-07-23
    不错,这个好
  • 海锋 Lv7 . 资深专家 2018-07-23
    学习了
  • HYS30322 Lv3 . 高级工程师 2018-07-16
    技术不错。
  • g1225jianmin Lv4 2018-06-19
    学习了
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