Kühlen mit Peltier

Kühlung mit oder ohne
Peltier-Element?
St. Schaad
Kühlung mit oder ohne
Peltier-Element?
Inhaltsverzeichnis
1
2
3
4
Einleitung ................................................................................................................................... 2
Kühlung mit Kühlkörper .............................................................................................................. 2
Kühlung mit Peltier-Element ....................................................................................................... 3
Zusammenfassung ..................................................................................................................... 4
1 EINLEITUNG
Muss ein Bauteil gekühlt werden, kommen am häufigsten Kühlkörper und / oder Lüfter zum Einsatz.
Es stellt sich die Frage, ob mit dem Einsatz eines Peltier-Elements die Kühlung verbessert werden
kann. Müssen bestimmte Bedingungen vorhanden sein?
Beim Einsatz eines Peltier-Elements muss die ins Peltier-Element gesteckte Energie zusätzlich über
den Kühlkörper abgeführt werden. Dadurch erhöht sich die abzuführende Wärme und KühlkörperTemperatur.
2 KÜHLUNG MIT KÜHLKÖRPER
Werden die Wärmeübergänge vernachlässigt und der Kühlkörper als ideal betrachtet, so hat das
Bauteil die gleiche Temperatur wie der Kühlkörper.
Annahmen:
• Umgebungstemperatur = 20°C
• Wärmewiderstand des Kühlkörpers 0.5K/W
Erkenntisse:
• Der Kühlkörper kann nur Wärme abführen, wenn er eine höhere Temperatur als die
Umgebung hat.
Peltier_ja_nein_d.doc
Autor: St. Schaad
Seite 2 / 4
V1.0
Kühlung mit oder ohne
Peltier-Element?
3 KÜHLUNG MIT PELTIER-ELEMENT
Wir gehen davon aus, dass der gleiche Kühlkörper eingesetzt wird wie oben. Zusätzlich wird nun ein
Peltier-Element eingesetzt.
Annahmen:
• Umgebungstemperatur = 20°C
• Gleicher Kühlkörper wie oben (0.5K/W)
• 2 verschiedene Peltier-Elemente
Peltier-Elemente
Element
FROST-74
SNOWBALL-71
Imax
[A]
6.3
3.6
Qmax
[W]
65
36
Umax
[V]
16.7
16.1
∆Tmax
[K]
74
71
Hinweis:
Die minimale Temperatur beim Einsatz von Peltier-Elementen (P = 0W) ist ein theoretischer Wert.
Durch aufbaubedingte Verluste liegt die minimale Temperatur ca. 5°C höher.
Erkenntnisse:
• Mit dem Peltier-Element kann unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden.
• Für sehr tiefe Temperaturen ist das kleinere Peltier-Element (SNOWBALL) geeigneter als
das grosse (FROST-74)
• Ab einer bestimmten Verlustleistung ist die Peltier-Lösung schlechter als nur ein Kühlkörper.
Peltier_ja_nein_d.doc
Autor: St. Schaad
Seite 3 / 4
V1.0
Kühlung mit oder ohne
Peltier-Element?
Erkenntnisse:
• Durch die zusätzliche Verlustleistung vom Peltier-Element, erhöht sich die KühlkörperTemperatur.
• Je nach Anwendung kann die Kühlkörper-Temperatur zu hoch werden (Berührung,
Brandgefahr)
4 ZUSAMMENFASSUNG
•
•
Der Einsatz eines Peltier-Elements lohnt sich nicht in jedem Fall.
Das Peltier-Element wird eingesetzt, wenn die Bauteil-Temperatur nahe bei der Umgebungstemperatur liegen soll, oder darunter.
Kühlkörper mit Lüfter (Rth ca. 0.5K/W) und Peltier-Element FROST-74
Peltier_ja_nein_d.doc
Autor: St. Schaad
Seite 4 / 4
V1.0