Úgy tűnik napjainkban a kész eszközök tervezésében egyáltalán nem tartják be (vagy talán szándékosan a gyors meghibásodás miatt) a “helyes” meghajtó áramkörök tervezését. Ez egyre természetesebb módszer, gyors olcsó termékeket kell piacra dobni, tervezett- vagy tervezetlen- gyors elavulás.
Mi is a rossz tervezés? A legtöbb új hűtőládák illetve borhűtők esetében a rossz konstrukció (rossz hőelvezetés, semmiféle passzív hűtés arra az esetre ha lassulnak vagy megállnak a ventillátorok, sokszor nincs áram védelem, se hőlekapcsolás) mellett a leggyakoribb a fix feszültséges táplálás, ami az előbbiek mellett hamar tönkre teszi a gyári hőelemet, de utána a cserélt elemeket is. Aprópó: Milyenre cseréljük a rossz hőelemet? Érdemes nagyobb teljesítményű elemre cserélni jó meghajtó áramkör esetén, hiszen azok várhatóan alulhajtva lesznek és tovább bírják, de ez sem igaz minden esetben, fix feszültségnél ezek mégnagyobb teljesítményt produkálhatnak. Az elemek számozása egy szabvány, különböző gyártóknál a karakterisztika eltérhet, így ugyanolyan számozás esetén még nem biztos, hogy teljesen ugyanaz a feszültség/áram/teljesítmény görbékkel és karasztikával bírnak, így egyező feszültségen más teljesítményt is produkálhatnak. Ráadásul szeretik újabban számozás nélkül, vagy félreszámozott elemekkel építeni a készülékeket. Szempont lehet a neves gyártó, de ezeknek a hőelemknek az ára 5-10-szeres is a többinek.
Fontos szempontok (szakirodalmi szabályok, tapasztalat, és fórum ajánlások alapján)
A Peltierek meghajtásának árammal kell történnie, de mivel a feszültség/áram görbe elfogadhatóan lineáris (általában van amelyiknek már elég jelentős ellenállása van, ami szintén változik), így akár feszültséggel is hajtható mindameddig, amíg a megengedett értékeken (hőmérséklet és hőmérsékletkülönbség, áram) belül vagyunk (de semmikép nem korlátozás nélkül, egyből maximum feszültséggel). (kicsit hasonlóan mint a ledekhez, különbség: nem fog exponenciálisan is megnőni a teljesítmény),
Ezért lehetőleg előszőr ne kössük 12V-ra, jó beépítéssel se. Főleg ne egyből, beépítés nélkül, hiszen azonnal szétdurranak a cellái láncreakcióban a mátrix elrendezésben. Ha valaki kiváncsi a működésére, 2db AA-s elemmel már jelentősen érzi az üres hőelem működését is kézben, sérülés nélkül.
A hőelemek sem bírják a hirtelen hőváltozást, maga a jólkonstruált mechanikai szerkezet (hasonló hőtágulás, kerámia bevonat) se képes elviselni a túl nagy különbséget és hirtelen változást, belül is megrepedhet.
Ha meggyőződésünk, hogy megfelelő a hőelvezetés, eleget mértünk és teszteltünk, és a megadott értékeken belül van, mehet a fix feszültség is, de készüljünk fel más külső hőmérsékletekre, esetleg rövidebb élettartamra, és közben más teljesítményre, zárt térre, megálló ventillátorokra.
Peltierek teljesítménye.
A megadott értékek (hasonlóan mint pl ledeknél vagy napelemeknél) abszolút maximum értékek, maximum feszültség, maximum áram, és a teljesítmény e kettő szorzata, nem pedig amivel meghajthatjuk.
Így természetesen nem várhatjuk el az elemek maximum teljesítményét, hiszen nem csak ezeket kell tartanunk táplálás közben, hanem a biztonsági értékeket: hőmérséklet, hőmérséklet különbség, amik már a konstrukciótól és külső körülményektől függnek.
Sokszor keverik a felvett teljesítményt a hűtőteljesítménnyel, természetesen ez nem ugyanaz, erről később a hatásfoknál olvashat.
Figyelni kell a hőmérsékletre, és az oldalak közti hőkülönbségre.
Ha beépítés nélkül tápoljuk, a két oldal közötti hőmérséklet egyből magasra ugrik, hőelvezetés nélkül a felvett 100W-ok nem tudnak a kis felelületen távozni, így az elem egyből tönkre megy. Ráadásul a cellák mátrix elrendezése miatt, ha egy-két cella tönkre megy, a többi vele párhuzamosan mégnagyobb teljesítményt vesz fel, így láncreakcóban még hamarabb romlik az egész. Ha nem tudjuk mérni, muszáj alulhajtani az elemet, vagy a bordákon elvezetéseken hővédelmet, esetleg a folyamatos üzemletetés közben mérhetjük, hogy az eszköz biztonságos lesz-e.
Ne hajtsuk a Peltiereket PWM-mel…
A fizikai magyarázat egyszerű, a felvett áram sokkal gyorsabban növekszik, mint a hűtőteljesítmény (erről is a hatásfoknál olvashat). Ezért a konstans áram megfelelőbb és hatásosabb is.
Viszont már lehet szűrt PWM-mel hajtani, nyilván kapcsoló üzemű táplálás és DC-DC konverter is elfogadott, ekkora arra ajánlatos ügyelni, lehetőleg a tüskék (ripple) 10% alatt legyen, és kellően magas frekvencián. Ez főleg tapasztalati és fórumok ajánlása, nem szakirodalmi.
Nem szabad ciklikusan hajtani…
Érdekes ugye? Az összes ki/be kapcsoló elvű termosztátos megoldás rossz. Pedig ez kedvelt megoldás.
Nem szabad léptékben se kapcsolni (voltage step). Az elemeknek egyáltalán nem tesz jót ha hirtelen feszültség/áram különbségre nagy hőváltozást is kell produkálniuk. Ez károsítja még a mechanikai szerkezetet is. Így drasztikusan rövidíti az élettartamát. (Korábbiakban említettük, magas frekvenciás PWM szűrten már elfogadható.) Professzionálisan a meghajtó áramnak követnie kell a kívánt hőmérséklet, pl hőmérséklet-visszacsatolt meghajtó áramkörrel. Lassú felfutó indítással is kimélhetjük az elemet.
Peltierek hatásfoka
A peltierek hatásfokát a felvett teljesítmény és a cserélt hőenergia határozza meg. A hagyományos kompresszoros hűtökhöz képest (hűtőszekrény, klíma) ez a megoldás sokkal rosszabb, de rengeteg előnye is van, többek között a tisztán közvetlen elektromos táplálás, passzív működés mechanikai elemek, szennyező anyagok nélkül, és passzív hűtés is lehetséges. Kicsi, és olcsó megoldás lehet, pl: processzorok, mikroprocesszorok, chipek esetében is használható. Ha nagyobb dolgokat hűtünk, felkell készülni hogy költségesebb lesz.
A hatásfok változó a meghajtás erősségétől, és a hőelvezetéstől is:
A hűtés (mint hőcsere) arányos a felvett árammal, viszont eközben az elfűtött teljesítmény (I^2)R , azaz négyzetesen arányos az árammal. Ami nyilván vissza is hat a hűtésre, mivel ez nem választható szét fizikailag teljesen.
Professzionális Peltieres eszközök?
Igen, találkozhatunk ilyenekkel is. Például: hüllőkeltető, sperma hűtő, akváriumok, vegyészeti berendezések, stb. Ezekben az eszközökben a peltieres rész mellett sokszor egyéb hűtőelem is van biztonsági szabályzással.
Az elemek alulhajtva, hőszenzorok az elem mindkét oldalán, valamint a hűtőtt részben. Meghajtó áramkör: DC-DC konverteres áramszabályzás. Visszacsatolt algoritmusok a hőváltozásra, így tudja a konstans hőmérsékletet tartani, és adott hűtési görbéket is követni.
