바이알 냉각시스템(-40도) - 진공, 칠러, 워터블럭, 팰티어, 아두이노

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2022.01.29 - [정리, 공부/아두이노 & 회로구성] - 아두이노, 펠티어 ~ -40도 온도 PID컨트롤 + 액셀 데이터 키핑 + LCD스크린

칠러와 워터블럭을 사용하기 전, Fan을 사용한 단계 포스팅

2022.01.26 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - CPU쿨링팬을 사용한 바이알 쿨링 시스템 (0~5도) + 진공, 진공펌프 + arduino

CPU쿨링팬을 사용한 바이알 쿨링 시스템 (0~5도) + 진공, 진공펌프 + arduino

 

 재료/제품

 

단열제인 핑크보드 부착 ~ 틀을 만들기 위해

저온에서 역할을 하는 TIM (Apiezon N cryogenic TIM)

보통의 온도에서 사용하던 TIM (TG100)(열전달율이 위의 제품 보다 좋았던 것으로 기억!)

Coolant가 흐를 유동라인을 위한 원터치피팅 & 워터블럭

펠티어(열전소자)

 

 

 

 제작

 

그래픽 아트를 사용해 핑크보드 접착

가공맡겼던 바이알 홀더(알루미늄)와 펠티어가 닿는 부분은 -50도 정도로 쿨링이 되기에 위에서 주황 TIM(Apiezon N cryogenic TIM)사용

반대부분은 열전소자의 히팅되는 부분으로, 비교적 온도가 높고 회색 TIM(TG100)사용

바이알 홀더 - 펠티어(열전소자) - 워터블럭 사이사이에 써미스터 부착

처음에 사용했던 얇은 써미스터는, 전선을 연장해둔 부분이 자꾸 끊어지기에, 조금 헤드도 크고 굵은 써미스터를 사용

그래서 위와같은 위치에 삽입 (펠티어모듈 사이에 약간의 공간 & 워터블럭과 펠티어모듈 사이가 아닌 워터블럭과 핑크보드 사이)

 

워터블럭까지 위치시키고

워터블럭 바깥쪽으로, 모양에 맞게 레이저커팅기로 자른 아크릴판을 두고

양끝의 아크릴판을 스프링와셔를 사용해 볼팅

(볼팅 & TIM으로 바이알 홀더 - 팰터이 - 워터블럭 사이의 접촉저항을 최소화)

 

 

 완성

 

실리콘튜브는 -10~-20도까지 온도가 내려갈 냉각수가 흐를 것이기에 (기름)

원터치피팅부와 튜브 부분을 최대한 단열처리 해주었습니다.

 

 

 

 

PLX DAQ 프로그램을 사용해 써미스터를 통해 아두이노로 읽은 데이터를 엑셀에 저장

해당 데이터를 그래프화 하니 노이즈가 심하기에,

바이알 홀더에 그라운드 연결로 노이즈 완화 --> 워터블럭에 그라운드를 추가로 연결하면 나머지 부분도 완화되지 않을까 기대

 

//

바이알홀더와 바이알 사이의 온도가 -40도 ((바이알 속을 진공을 잡았기에 샘플에 써미스터를 가까이 댈 수가 없다 판단하였기에))

펠티어(열전소자)의 저온부분은 -50도 근처

안정화 되었을 때, 펠티어(열전소자)의 고온부분은 -5도 근처

안정화 되었을 때, 냉각수가 계속 흐르는 워터블럭(펠티어와 가까운 부분)은 -10도 근처

 

마치며

 

전력량이 작은 펠티어를 사용해, 발열을 잘 잡아주며 타겟온도까지 도달할 수 있었습니다.

충분한 쿨링시스템이 갖춰졌으며 + 타겟온도로 더 빠른 변화를 원한다면  ==> 조금 더 고전력의 펠티어를 사용하면 될 것 같습니다 :)

// 충분한 쿨링이 이뤄지지 않으면 최대온도차 + 고온으로 갈수록 펠티어의 효율감소로 온도차가 감소하기에 --> 시스템 전체 온도가 함께 상승할 가능성이 있습니다.

((이전에 Fan으로 쿨링해줬을 때는 부족 & 이번에 -10~-20도의 냉각수를 흘려주었을 때는 아주 충분)