こんにちは
-55℃の温度を達成するためのペルチェ冷却装置とヒートシンクの組み合わせについて誰か提案をしてくれませんか。 このアプリケーションでは、150 ml〜250 mlの液体を冷却する必要があります。これは、飲み物一杯分の量とほぼ同じです。 ありがとう！
rick_1976
あなたの質問に具体的な答えを提供するには、いくつかの追加情報が必要になります。最も重要なのは次のとおりです。
- 熱が排除される周囲環境の温度
- 問題となる流体の熱特性
- アプリケーションの性能要件
とはいえ、多くの点で非常に便利であるにもかかわらず、ペルチェ素子は恐ろしく、恐ろしく、非効率的であり、一般的には可能な限り避けるべきものです。
おおまかに推測して、20℃の環境にいると仮定し、20℃の出発点から-55℃の目的温度までの平均比熱が4J/g°Cの材料が200gあったとします。これは200g x 75℃ x 4J/g°C = 60kJの熱エネルギーで、目的の材料から抽出する必要があります。システム自体の構造体は言うまでもなく、サンプルを保持しているものも冷却しなければなりませんので、この数字を2倍にして、移動に必要な熱エネルギー量を120kJとします。
-55℃に達するということは、冷凍エンジン全体で少なくとも75℃の温度差があることを意味します。 周囲温度（20℃）からのヒートシンクでの温度上昇を考慮すると、おそらく90〜100℃のデルタTが見込まれます。これは、単段式のペルチェソリューションの範囲を超えています。 多段式ソリューションに移行すると、システムの非効率性が増大し、元々悪かったものを、2段式ソリューションでは本当に、本当に悪いものにしてしまい、3段式ソリューションでは、耐えられないほど、ひどく、この面だけで無意味に悪いものにしてしまいます。
高デルタTペルチェモジュール用のDigi-keyの製品リストは、デルタT（最大）の降順で ここに あります。これは、デバイスが低温から高温側に熱を移動していない場合にのみ適用されます。これはあまり役に立ちません。 …高デルタ多段デバイスのQmaxの数値は、概算で10Wです。これは、デバイス全体の温度差がゼロの場合にのみ適用されます。これも（やはり）あまり役に立ちません…これらの数値は、 デバイスの動作曲線、そして実際には、デバイスは常にこれらのポイントの間のどこかで動作します…したがって、推定のために5WのQ（熱移動率）を計算します…
現時点で120kJ（12万ワット秒）のエネルギーを動かす必要があると試算されていますが、利用可能なペルチェ機器は5ワットの速度でそれを行うことができます。120,000/5=24,000秒、または400時間（！）で仕事が完了します。推測の過程で多くのことが省略されていて評価が十分とは言えませんが、これは適切な設計アプローチではありません。
うまくいくかも知れない方法は、-20℃の周囲温度を作ることができる小さな家庭用冷凍庫を手に入れ、その中で単段式のペルチェを使って残りの35℃を下げることです。 ペルチェによって移動する必要がある熱量は、200g x 4J / g°C x 35°C = 28kJになります。 これをさらに2倍にすると、必要な総熱移動量は56kJになります。
926-1300-ND は、おそらくそれらすべてに適した電源になるでしょう。 28V / 9Aの出力を設定することは、上記のペルチェ+ファンにとってほぼ正しいように思われ、スロットリング/サーモスタット回路は、おそらくその電源の外部制御機能を介して実現できます。
…しかし、それは約250Wの入力電力を要し、 345-1174-NDのようなかなり大掛かりなヒートシンクが必要です。 熱抵抗は、100CFMの気流で0.1°C / Wと記載されています。これは、周囲温度より25°Cの温度上昇に相当し、ペルチェが生み出すのに必要なデルタTは60℃になります。その点でのペルチェの負荷ラインのQ値は約25ワットになり、冷却の時間枠を20分に押し上げます。これは再び大ざっぱに見え始めていますが、実現可能です。 そして、おそらくそのヒートシンクに対応するためにファンが必要になるでしょう… 381-1068-ND は、フィットさせることができるように見え、おそらくペルチェと同じ低電圧電源で動作することになるでしょう。 （冷凍庫で結露が発生する可能性があります。その環境の周囲に120VACを配管するのは良い考えではないと思います…）
382275-ND は、おそらくそれらすべてに適した電源になるでしょう。 28V / 9Aの出力を設定することは、上記のペルチェ+ファンにとってほぼ正しいように思われ、スロットリング/サーモスタット回路は、おそらくその電源の外部制御機能を介して実現できます。
据え置きのサーモスタットで制御可能なソリューションを必要とする場合は、冷凍庫+ペルチェのアプローチは、潜在的に実行可能であると思われます。そして、それらが必要な機能ではない場合は？代わりにドライアイスを使用してください…