Ultime Tech Pills
Ablazione laser

Il meccanismo di ablazione...

Conosci la saldatura laser?

La saldatura...

Perchè scegliere la microforatura laser?

Il processo di microforatura...

T.E.C. Thermoelectric cooling


La crescente potenza ottica dei laser, unita alla contemporanea miniaturizzazione degli stessi, implica un problema fondamentale, e cioè come dissipare il calore prodotto da un diodo quando la potenza specifica aumenta. In questo caso ci vengono in aiuto i dispositivi di raffreddamento termoelettrico, in grado di dissipare elevate potenze specifiche su superfici relativamente piccole.

Ma come funzionano questi dispositivi? Essi sfruttano l’effetto Peltier (nome dell’omonimo scopritore), per cui se su una giunzione P-N viene applicata una differenza di potenziale, questa si raffredda da un lato e si scalda dall’altro. I dispositivi ad effetto Peltier, comunemente conosciuti come celle di Peltier si possono quindi definire delle pompe di calore in cui non circolano fluidi frigorigeni, altamente nocivi per l’ambiente. 

Un TEC (acronimo di Thermoelectric cooling) è composto fondamentalmente da 4 elementi: un elemento da termostatare (ad esempio: diodi, fotodiodi, CPU  ), una cella di Peltier, un dissipatore e una elettronica di controllo.

Il raffreddamento o il riscaldamento tramite TEC risulta economicamente ed energeticamente conveniente, quando si vuole termostatare a temperatura ambiente oppure per applicazioni che richiedono un’alta precisione della temperatura da raggiungere. Infatti, la stabilità di questo sistema di regolazione termica in regime stazionario è prossima a ±0,01 ° C.

La regolazione della temperatura avviene senza rumore o vibrazioni e parti meccaniche in movimento. Il passaggio dal raffreddamento al riscaldamento è possibile invertendo la polarità della corrente, senza apportare modifiche meccaniche all'intero sistema. Questo fa si che il TEC sia adatto anche in condizioni non stazionarie, termostatando in maniera corretta durante tutta  l’evoluzione del transitorio termico.

Di seguito è riportato lo schema a blocchi di un sistema TEC, a partire dal dispositivo da termostatare fino al dissipatore. Partendo dall'alto troviamo il dispositivo da termostatare, il modulo di Peltier ed il dissipatore. Il flusso termico parte quindi dal dispositivo da mantenere a temperatura costante, durante il ciclo di lavoro, ed è assorbito dalla cella di Peltier. Questa, come spiegato precedentemente, se da una parta assorbe calore dall'altra lo cede al dissipatore, che a sua volta scambia calore con l’ambiente esterno.

Per esempio, se si volesse mantenere un dispositivo a temperatura costante di 5°C sul lato freddo della cella di Peltier, il lato caldo si troverebbe a 30°C ed il dissipatore a temperatura ambiente. Se si volessero raggiungere temperature sempre più basse, andando ad operare per esempio in ambienti che richiedano condizioni di lavoro estreme, gli elementi delle celle di Peltier potrebbero essere impilati andando così a creare degli stack di celle di Peltier.

Un ruolo fondamentale è giocato dall'elettronica di controllo, senza la quale non sarebbe possibile un controllo così preciso e veloce, in risposta ai cambiamenti delle condizioni al contorno. Il fatto che i sistemi TEC siano pilotati in corrente porta una serie di vantaggi, una tra tutti la precisione sul controllo del flusso termico, poiché questo è direttamente proporzionale alla corrente circolante, per cui se l’elemento è troppo freddo rispetto alla temperatura di target, la corrente diminuisce o addirittura può invertire la sua polarità. Se, invece, il dispositivo è troppo caldo, la corrente può aumentare. I feedback forniti dai sensori installati su di un TEC, quali ad esempio sensori di temperatura e sensori sulle eventuali ventole del dissipatore, fanno sì che ci sia un controllo totale sia sul lato da termostatare che sul lato che scambia con l’ambiente esterno (al contrario dei sistemi tradizionali che hanno un controllo monodirezionale). Per questo motivo, i sistemi di raffreddamento di tipo TEC sono adatti anche ad usi in laboratori di ricerca.

Infine, la possibilità di realizzare e poter personalizzare geometrie in funzione delle applicazioni consente di erogare un raffreddamento preciso in aree molto piccole, progettando e realizzando una geometria ad hoc.



Iscriviti alla Newsletter

Ho preso visione dei termini e condizioni