Peltierelementen stapelen? Astronomische camera

heb verder weinig verstand van Peltier elementen, maar ik vond het wel een mooie vraag.

Een snelle google op stacked peltier bracht me al op deze video
https://www.youtube.com/watch?v=_W9-Luh8Lhg

misschien heb je er wat aan...denk als je even rondzoekt dat je best wat vindt hierover

Gezien het rendement van peltiers krijg je alleen maar meer warmte met stacked peltiers. Beter de bestaande peltier van waterkoeling voorzien, dergelijke setjes worden veel in PC's gebruikt.

Voorbeeldje: https://www.megekko.nl/product/0/209234/Cooler-Master-MasterLiquid-ML1…

Ik heb een dergelijk setje gebruikt om een peltier gebaseerd koelkastje te upgraden, dat scheelde ongeveer 7 graden aan de koude kant. En daarnaast goed isoleren aan de koude kant met neopreen bv, misschien is dat ook "gesneuveld" bij de vorige reparatie.

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op maandag 13 juli 2020 13:34:21 (13%)

Peltiers zijn niet geweldig efficient in koelen (~6%). Theoretisch mag je 60 graden temp.verschil rekenen, maar praktisch mag je blij zijn met 20~30 graden verschil.
(dus dat klopt wel zo'n beetje.)

Stacked peltiers halen wel een lagere temperatuur, maar de efficiency gaat wel omlaag (je krijgt niet het dubbele aan temp.verschil, maar een stuk minder)
Ook moet de 'warme' zijde heel erg goed (actief) gekoeld worden.

De peltier is niet zo efficient. Omdat de CCD zich warmt aan de omgeving moet er een constante stroom warmte afgevoerd worden. Om zeg 2W aan warmte af te voeren, moet je je peltier zeg 4W aan stroom geven. Als je nu gaat stacken, dan moet je nu een tweede peltier nemen die 6W kan afvoeren en die je daarom 12W aan energie moet voeren.

Als ik https://www.meerstetter.ch/customer-center/compendium/71-peltier-eleme… moet geloven, dan krijg je bij een temp verschil van 20 graden en 0.3x max stroom een efficiency van rond de 100%. 2W warmte afvoeren voor 2W aan toegevoerde elektrische energie. Iedere volgende peltier-stage moet dan 2x groter zijn dan z'n voorganger. Wel moet je je dus realiseren dat je ze op Imax/3 moet begroten. Als jij 4*12 = 48W aan beschikbare elektrische energie hebt, en bij 20 graden buitentemp zo'n 60 graden temp-verschil zou willen halen, dan moet je drie stages nemen die iedere keer 2x groter zijn.

1-2-4, samen zeven. Je begint dan met een 6W (elektrisch) element als kleinste (die volgens de fabrikant 18W is!), dan 1 die 2x groter is en dan nog een keer 2x groter.

OK... ik ben niet zeker dat ik het helemaal snap maar je zou dus 3 peltiers nemen, van verschillende afmetingen, die als een pyramide stapelen waarbij de kleinste de koude kant vormt en de grote tegen het koellichaam moet... En dan in serie schakelen aan de 12v 4A voeding? Moet daar nog wat anders bij of gewoon de 3 in serie en rechtstreeks aan de voeding?

Het koelblok is niet heel groot, misschien 10cm in het vierkant, maar wel met een fan erop. Zie bv http://www.mikesastro.com/equipment/QHY8 dat is hem... Met 1 peltier worden de koelvinnen al ca. 40-45 C, zou hij dan veel heter worden met 3 stuks?

Sorry als het stomme vragen zijn...

Groeten,
Maarten

Zie bv http://www.mikesastro.com/equipment/QHY8/, dat is hem...

Die link werkt niet...

sorry, nu wel hoop ik.

Hoe kouder je het koelprofiel kunt houden, hoe kouder de andere kant ook wordt (gaat om de verschiltemperatuur)
Die 45 graden is erg (te) hoog, probeer een betere fan...

Ik heb ook wel eens gezocht naar Peltiers om -50c te kunnen halen. Dit is mogelijk als je peltiers stacked zoals in deze link. https://thermal.ferrotec.com/products/peltier-thermoelectric-cooler-mo…

Er is echter wel veel vermogen nodig om het zo koud te krijgen en houden wat leidt tot enorm veel warmte aan de andere kant van het element. Voor mijn toepassing was het niet haalbaar om naast de temperatuur ook de capaciteit te kunnen leveren. Maar, omdat jouw toepassing al werkt met een Peltier element zou ik verwachten dat het moet kunnen. Zorg wel voor een goeie koeling van de warme kant. Dit heb ik toen gedaan met CPU-waterkoeler zoals Roland voorstelt. Mijn sandwich bestond trouwens uit 4 op het koelprofiel met daarboven een dun vlak plaatje aluminium en daarboven nog 1 Peltier.

Bedenk trouwens ook dat als je hiermee gaat werken de koude kant condens aan trekt wat je weer moet scheiden van je elektronica.

Bedankt voor de hulp tot dusver, allen... Mijn probleem is een beetje dat deze camera in die vorm destijds heel populair was en goed werkte, met idd bij hoge luchtvochtigheid soms condensproblemen, of eerder bevriezing van de binnenkant van de lenskant. Maar voor de rest kwam hij wel tot -30, -40... hij was daarom ook heel populair. Dat is dus niet met een andere fan, niet met waterkoeling, niet met een grotere koeling etc... maar waarschijnlijk wel met een stacked peltier. Gebruikers meldden wel dat de achterkant behoorlijk warm werd dus die 45C op de koeling die ik meet zou nog niet eens heel uitzonderlijk hoeven zijn.

Ik heb de fabrikant gevraagd watvoor peltier(s) ze destijds gebruikten maar die reageren niet snel of helemaal niet...

Ik blijf zoeken, alle opmerkingen in de tussentijd worden in dank aanvaard!
Groeten,
Maarten

Op 13 juli 2020 15:49:40 schreef Arco:
Hoe kouder je het koelprofiel kunt houden, hoe kouder de andere kant ook wordt (gaat om de verschiltemperatuur)
Die 45 graden is erg (te) hoog, probeer een betere fan...

Nogal logisch, als die voeding daadwerkelijk 12V en 4A staat te leveren, moet je zo'n 50W aan warmte afvoeren.

Het is zeker waar dat elke graad die je kunt winnen op de temperatuur van het koelblok bijna een graad scheelt aan de koude kant; een zou het koelblok groter maken, als daar ruimte voor is, en zorgen dat hij koele lucht krijgt (dus niet zijn eigen warme lucht staat aan te zuigen).

De thermische interface tussen het peltier element en het koelblok is ook heel belangrijk; dat moet een hele kleine hoeveelheid goede koelpasta tussen zitten; absoluut geen dikke laag, dat is juist heel slecht voor de geleiding, de pasta moet de oneffenheden opvullen, maar zo dus mogelijk zijn, nauwelijks meer dan een waas over het koelblok. Vervolgens het belangrijk dat het peltier element zo gelijkmatig mogelijk aangedrukt wordt, anders gaat hij krom staan en krijg je weer een luchtgat tussen het element een het koelblok.

Alleen de peltier vervangen door een stacked versie lost het probleem niet op, het wordt erger.
(het koelprofiel wordt nog veel heter en ook de 'koude' zijde wordt warmer doordat er totaal veel meer vermogen moet worden opgestookt.)
Sowieso een beter koelprofiel en/of fan. De warme zijde koelen en die warme lucht afvoeren is het allerbelangrijkst.

Duidelijk allemaal maar dan vraag ik me toch (nog eens) af wat ik nog kan verbeteren. Ik zal eens kijken naar de koelpasta, misschien kan ik daarmee nog wat winnen door de laagjes zo dun mogelijk te maken... Een groter koellichaam of snellere fan wordt al lastiger en nogmaals, de camera heeft de koelvinnen en fan waarmee hij origineel verkocht werd en anderen hebben daarmee temperaturen van -30 en lager gehaald. Dus ik denk dat er toch nog op andere fronten winst kan/moet worden behaald... De voeding is ook zoals het origineel, dus ik nijg toch naar dat stacken/gestacte peltier, tenzij er wonderpeltiers zijn met grotere efficientie...?

Maarten

Ik begrijp van deze pagina dat het om deltaT van 45 graden gaat.
Bij een kamertemperatuur van 20 graden is het dan -25 dus.

Op https://www.qhyccd.com/bbs/index.php kwam ik het volgende tegen:

The TEC used in qhy8 is a two stage TEC. Size=40*40mm . The maxium delta T of the TEC iteself is 80 C . But after conenct with CCD and case the maxium delta T will drop a lot.

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op maandag 13 juli 2020 18:13:48 (39%)

Nogmaals: als het koelprofiel 45 graden of meer wordt, dan is dat veel te heet. (je kunt dan nooit -30/-40 halen met 1 peltier, da's uitgesloten.)
Maximum temperatuurverschil tussen beide zijden is ook een vast gegeven. ~60 graden max in ideale (dus niet bestaande ) omstandigheden.

Bijna 50W wegstoken met zo'n klein koellichaamje is lastig, dan moet er wel een héél goede fan op zitten.
Lagere temperatuur van het koellichaam is automatisch ook een lagere temperatuur binnenin.

Met stacked peltiers krijg je nog veel meer warmte voor dat nu al te kleine koellichaam...

Bij een kamertemperatuur van 20 graden is het dan -25 dus.

De kamertemperatuur heeft er maar weinig invloed op. (wel wat natuurlijk)
De deltaT is het verschil tussen beide zijden van de Peltier...

Ik snap helemaal wat je bedoelt Arco maar er zijn tich van die astro-CCD camera's op de markt, vele nog kleiner dan die ik heb, vele met ingebouwde temperatuursensors, en die halen allemaal temperaturen ver onder 0, in stock vorm, zonder enorme koellichamen en met alleen een fan. Zie mijn linkje.

Hoe kunnen die dingen dan zo laag komen? Kijk, als het buiten 0 graden is heeft dat natuurlijk behoorlijke invloed op de temperatuur van het koellichaam dus dan zal ik zeker lager komen (en vernaggelen van de kou). Maar dan nog zit ik niet op de -40. Jij zegt dat TECs stacken niet zal helpen tenzij je de koeling van het koellichaam nog veel verder kunt opvoeren. Wil ik direct geloven maar wat mis ik dan? Hoe kunnen apparaten zoals deze zulke lage koeltemperaturen halen, zonder allerlei complexe extra koeling?

Sorry dat ik een beetje gefrustreerd klink maar er moet ergens nog iets zijn wat ik mis...

Groeten,
Maarten

Het heeft toch gewerkt waarom dan blijven hameren op een groter koelprofiel of fan? Die CCD sensior zal toch ook maar hooguit 1 a 2W zijn. Als je dat vermogen beter kan bepalen dan is een goede peltier kiezen niet meer zo moeilijk.

[Bericht gewijzigd door benleentje op maandag 13 juli 2020 19:44:04 (26%)

De max. verschiltemperatuur tussen beide zijden is vast, daar verander je niks aan...
Ik zie trouwens nergens dat 't gewerkt heeft... Alleen dat de fabrikant beweert dat die -40 gehaald wordt. (korreltje zout?...)

Op 13 juli 2020 19:42:37 schreef benleentje:
Het heeft toch gewerkt waarom dan blijven hameren op een groter koelprofiel of fan?

De TS zegt dat het er alle schijn van heeft dat iemand ermee heet zitten klooien, dus het staat helemaal niet vast dat de huidige constructie ooit gewerkt heeft.

Stacked Peltiers heeft zeker wel zin, maar niet als je de warmte aan de warme kant nu al niet kunt afvoeren. De vraag is natuurlijk hoeveel vermogen er om te beginnen afgevoerd moet worden; zover ik weet worden CCDs van zichzelf niet significant warm, dus ik verwacht dat het vooral warmte is die de door behuizing naar binnen lekt. Als je dat kunt verminderen, zul je ook direct een lagere temperatuur halen.

Ik zit met even af te vragen of het mogelijk is om zo'n peltier zoveel stroom te voeren dat hij door zijn eigen opwarming en interne lek uiteindelijk minder koud wordt aan de koude kant; oftewel, is het mogelijk dat je de stroom verlaagd, en daarmee een lagere temperatuur haalt? Misschien wordt het element wel heel fors overstuurt, of misschien is deze simpelweg beschadigd of zo.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op maandag 13 juli 2020 23:51:22 (20%)

Even voor de duidelijkheid: dit type camera is destijds zeer populair geweest en goed verkocht. Er zijn meerdere mensen die er destijds een temperatuursensor hebben ingebouwd en die rapporteerden temperaturen aan de -30 -40C. Volgende modellen van dezelfde fabrikant hebben temperatuursensors ingebouwd en komen ook zo laag. Verder zijn er veel van deze camera's op de markt, van firma's als ZWO, Atik, SBIG en anderen, die met gekoelde CCD's werken (hoewel tegenwoordig CMOS sensors ook veel worden gebruikt, ook gekoeld maar niet zo laag).

Deze camera's, zeker de betere, kosten 1000+euro tot 1000'en euro's en er is dus geen sprake van "korreltje zout" wat betreft de behaalde temperaturen. Principe is vgs mij zowat altijd hetzelfde: sensor met peltiers erop om te koelen. Dus nu a.u.b. niet zeggen dat het niet kan met een eenvoudig luchtgekoeld (fan), niet al te groot koellichaam. Het kan wel.

Zoals sommige posters al zeggen, het gaat er niet om dat de CCD te warm zou worden van zichzelf, het gaat erom de CCD heel koud te maken om de achtergrondruis te minimaliseren. Dit heeft een dramatisch effect op de kwaliteit van de foto's, je moet bedenken dat je met het blote oog onzichtbare objecten wil fotograferen, belichtingstijden lopen in de (tientallen) minuten en ieder foton telt, en teveel achtergrondruis kan je opname dus makkelijk verzieken.

De camera die ik heb is blijkbaar ooit "verbouwd" door iemand en ik weet dus niet zeker of hij in de huidige vorm ooit die hele lage temperaturen gehaald heeft. Gebruikers van hetzelfde type camera (10+ jaar geleden...!) hebben dat echter wel gemeten.

Wat ik probeer is de koeling op datzelfde niveau terug te krijgen. Ik denk niet dat dat met een enkele peltier, zoals er nu in zit, gaat lukken, vandaar mijn originele vraag over de mogelijkheid van "stacken" (en ik heb ergens in een paar oude forumberichten gelezen dat in deze camera origineel een stacked TEC zat).

Van de verschillende messages heb ik al heel wat geleerd en ik hoop nog steeds wat te horen van de fabrikant. Ik wil er niet al te veel geld instoppen dus als er iets exotisch in zat van 100+ EUR houdt het daar op. Als het echter 2 op mekaar geplakte TECs van een euro of 10 waren wil ik nog wel eens wat proberen. Of misschien zijn er betaalbare ca. 50-60W stacked TECs ergens.

Vragen die ik nog steeds heb...

• Kan een stacked TEC met een vermogen van 50 watt efficienter zijn dan een enkele TEC van 50W?
  En, stomme vraag, hoe zou ik het stroomverbruik/vermogen van een TEC kunnen regelen op een simpele manier?
  Hoe zijn die stacked TECs geschakeld, in serie of parallel?
  ALs ik er 2 van 50W parallel schakel en op mekaar plak, moet ik dan opeens een 12V/8A voeding hebben?

Bedankt allen, het is iedere keer weer een genot hier om zo snel veel nuttige reacties te krijgen!

Groeten,
Maarten

Kan een stacked TEC met een vermogen van 50 watt efficienter zijn dan een enkele TEC van 50W?

Nee, maar je kunt wel een lagere temperatuur halen. De efficiency (COP genaamd bij een Peltier) is dan altijd lager.
Ik zou de elementen niet veel groter nemen als nodig, want dat geeft weer extra warmte.

Nog wat leesvoer:
https://thermal.ferrotec.com/technology/thermoelectric-reference-guide…
https://www.meerstetter.ch/customer-center/compendium/32-tec-peltier-e…

Peltiers wil je het liefste regelen met een constante stroom. Door ongefilterde PWM te gebruiken krijg je meer resistieve verliezen over de overgangen (geloof ik). Scheelkt een aantal procent als ik het mij goed herinner. Daarom gebruikte ik een groot LC filter (denk ik) om er een semi-constante stroom van te maken.

Zoals aangegeven is een stacked TEC niet efficienter, maar is de dT wel hoger te krijgen. En daar gaat het om.

In een grijs verleden heb ik controllers voor dergelijke camera`s gemaakt en -30..-40C is goed haalbaar.

Zoals ik de TEC`s ken, heb je een grote en een kleine, en ik geloof dat ze in serie staan. Je bedrijfsspanning neemt dan iets toe, maar de stroom door alle elementen is hetzelfde. Als je ze parallel zet is dat niet helemaal zo. (tenzij je een grote en kleine van gelijke bedrijfsspanning hebt).

Thermisch maakt dat niet uit (parallel of serie), maar je kunt het beste kijken naar je voeding: parallel heb je meer stroom nodig, en in serie meer spanning. De gebruikelijke verhoudingen (in vermogen of stroom) tussen de twee peltiers weet ik zo niet meer.

Welk merk/type camera is het ? Is hett een omgebouwde spiegelreflex? Of een originele astro cam?

Ik heb gezocht, best wel lang, maar vindt nergens een plaatje van de peltier die erin hoort te zitten.

Mijn conclusie is dat je opzoek moet naar een stacked peltier die bij 12V maximaal 50W verbruikt en waarbij de grootste peltier 40x40 mm is. Bij een kant en klare module is het serie / parallel schakelen al door de fabrikant gedaan, daarnaast zullen de 2 peltiers perfect op elkaar aansluiten. Ik zou zelf niet gaan "prutsen" met 2 losse peltiers.

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op dinsdag 14 juli 2020 10:34:18 (31%)