Встановлення (монтаж) термоелектричних модулів Пельтьє

Загальні вказівки з монтажу ТЕМ
Тут і далі ТЕМ - це термоелектричний модуль Пельтьє (також називають елементом Пельтьє, ТЕС, TED і т. д.).

ТЕМ складаються з крихких елементів, тому необхідно звернути особливу увагу на деякі моменти під час його монтажу та експлуатації.

Існують деякі обмеження під час експлуатації ТЕМ:

• Не допускається падіння TEМ під час його розпакування або монтажу.
• Не допускається експлуатація ТЕМ за температур, що перевищують максимально допустиму робочу температуру.
• Не допускається експлуатація ТЕМ за напруги/струму, що перевищують максимальне значення.
• Не допускається згинання виводів ТЕМ на відстані менше 5 мм від місць їх підпайки.
• Забороняється самостійно паяти виводи до керамічних плат ТЕМ та, відповідно, відпаювати їх від плат.
• Забороняється експлуатувати ТЕМ з тріщинами керамічних плат, що утворилися внаслідок падіння або під час його монтажу.
• Необхідно використовувати високоте-плопровідний інтерфейс (наприклад, термопасту) між поверхнею керамічної плати ТЕМ та поверхнею радіатора.
• Не допускається попадання сторонніх об'єктів (сторонніх включень) у термопасту.
• Не допускається повторне використання термопасти.
• Поверхня теплообмінника, до якої кріпиться ТЕМ, повинна мати площинність не більше 0,025 мм.
• Не допускається наявність сторонніх предметів, подряпин, сколів та тріщин на поверхні радіатора.
• Не допускається «шунтування» термопастою холодної та гарячої сторін ТЕМ.
• Кількість термопасти повинна бути експериментально віддозована для кожної конкретної конструкції ТЕМ та радіатора. Вся поверхня між ТЕМ та радіатором має бути заповнена термопастою (не повинно бути бульбашок повітря).
• Не допускається використання гвинтів для притискання ТЕМ до радіатора. Допускається використовувати тільки прес з рівномірним розподілом зусилля притиску по поверхні ТЕМ!
• Необхідно забезпечити тиск (зусилля з'єднання тепловідводу та об'єкта охолодження з ТЕМ), який має бути 6-12 кг/см² для стандартних однокаскадних модулів. Тиск для мікромодулів має бути 2-6 кг/см², для багатокаскадних ТЕМ: 4-10 кг/см².
• Фіксуючі гвинти повинні мати пружинні елементи будь-якого типу (пружина, шайба Гровера тощо).

Монтаж ТЕМ на радіатор (теплообмінник).

Так як ТЕМ є тепловим насосом, то під час його використання необхідно забезпечити ефективне відведення тепла від його гарячої сторони. Необхідно взяти до уваги, що відводити доведеться не тільки теплоту, що "перекачується", а й споживану ТЕМ електричну енергію. Як тепловідводи можуть використовуватися різні пристрої: повітряні та рідинні теплообмінники (радіатори), теплові труби і т.д.
Поверхня теплообмінника, до якої кріпиться ТЕМ, повинна мати площинність не більше 0,025 мм.
Перед встановленням поверхню ТЕМ слід знежирити тканиною, змоченою розчинником, а потім нанести на поверхню радіатора шар термопасти завтовшки (0,08-0,15) мм.

Далі необхідно встановити ТЕМ "гарячою" стороною на радіатор з нанесеною термопастою.

Примітки:
1. Не допускається потрапляння термо-пасти всередину ТЕМ.
2. Не допускається шунтування термо-пастою холодної та гарячої сторін ТЕМ.

Встановити тепловідвід (об'єкт охолодження) на холодну сторону модуля аналогічним способом: нанести шар теплопровідної пасти на поверхню охолодження та притиснути її до ТЕМ. Для рівномірного притиску по всій поверхні об'єкта охолодження до модуля необхідно розташувати притискач в геометричному центрі модуля (рисунок 1), попередньо встановивши на тепловідвід пружну технологічну прокладку і технологічну пластину, що має паралельність і площинність робочих поверхонь, які не перевищують 0,05 мм.
Притискач (наприклад, виконаний у вигляді кулі) повинен забезпечити притиск в центрі для рівномірного розподілу зусилля по всій поверхні ТЕМ.
Забезпечити тиск (зусилля з'єднання тепловідводу та об'єкта охолодження з ТЕМ), який має бути 6-12 кг/см² для стандартних однокаскадних модулів. Тиск для мікромодулів має бути 2-6 кг/см², для багатокаскадних ТЕМ: 4-10 кг/см².

Умовне зображення встановлення ТЕМ на тепловідводи

Затягнути гвинти до розпрямлення шайб Гровера. Момент сили затягування гвинтів повинен бути таким, щоб навантаження, створюване гвинтами на ТЕМ, були не більше 10% від навантаження, що створюється притискачем.
Монтаж ТЕМ слід здійснювати так, щоб не допускати руйнування конструктивних елементів модуля.

Електроживлення термоелектричних модулів Пельтьє.

Термоелектричні модулі є приладами постійного струму.
Електроживлення ТЕМ здійснюється за допомогою двох виводів.
У стандартному варіанті виконання: позитивний вивід – червоного кольору, негативний – чорного. При цьому перенесення тепла здійснюється у напрямку керамічної плати модуля, до якої припаяні виводи.
За наявності пульсацій напруги живлення із частотою менше 1 кГц ефективність роботи охолоджуючих термоелектричних модулів значно знижується.
Рекомендується використовувати джерело живлення модулів з коефіцієнтом пульсацій не вище – 0,05 (5 %).
Імпульси струму тривалістю менше ніж 10-3 секунди навіть великої амплітуди (до п'яти Imax) не мають негативного впливу на ресурс роботи ТЕМ. За тривалості пульсацій струму більше 10-2 секунди, ресурс роботи модулів істотно знижується.
Під час використання джерел живлення з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), частота імпульсів повинна бути більше 1 кГц.

Зберігання ТЕМ та транспортування.

ТЕМ повинні зберігатися в опалюваних приміщеннях за температури від плюс 5 °С до плюс 40 °С та відносній вологості не більше 80 %. Під час зберігання ТЕМ повинні бути захищені від безпосереднього потрапляння вологи та від механічних пошкоджень.
ТЕМ у транспортній тарі підприємства-виробника допускається транспортувати всіма видами транспорту (у тому числі і в опалювальних герметичних відсіках літаків) без обмеження відстані за температури від мінус 50 °С до плюс 60 °С і атмосферному тиску від 70 до 108 кПа.
Під час транспортування ТЕМ має бути передбачений захист від попадання пилу та атмосферних опадів.