A Peltier-elem egy termoelektromos átalakító , melynek elve a Peltier-effektuson alapul, vagyis a hőmérséklet-különbség előfordulásán, amikor elektromos áram folyik. Az angol szakirodalomban a Peltier-elemeket TEC -nek jelölik (az angolból. T hermo e lectric C ooler - thermoelectric cooler).
A Peltier-effektus inverz hatását Seebeck-effektusnak nevezzük .
A Peltier-elemek működése két különböző elektronenergiájú félvezető anyag érintkezésén alapul a vezetési sávban. Amikor áram folyik át az ilyen anyagok érintkezésén, az elektronnak energiát kell szereznie ahhoz, hogy egy másik félvezető nagyobb energiájú vezetési sávjába kerüljön. Amikor ez az energia elnyelődik, a félvezetők érintkezési pontja lehűl. Ha az áram ellentétes irányban folyik, a félvezetők érintkezési pontja a szokásos hőhatás mellett felmelegszik.
Amikor fémek érintkeznek , a Peltier-effektus olyan kicsi, hogy az ohmos fűtési és hővezetési jelenségek hátterében láthatatlan . Ezért a gyakorlati alkalmazásokban két félvezető érintkezését használják.
A Peltier elem egy vagy több pár kis félvezető paralelepipedonból áll - egy n-típusú és egy p-típusú egy párban (általában bizmuttellurid Bi 2 Te 3 és SiGe szilárd oldat ), amelyeket páronként fém jumperekkel kötnek össze . A fém jumperek egyidejűleg hőérintkezőként szolgálnak, és nem vezető fóliával vagy kerámia lemezzel vannak szigetelve. A paralelepipedon párok úgy vannak összekötve, hogy sok különböző vezetőképességű félvezetőpár soros összeköttetése jön létre úgy, hogy felül egy kapcsolódási sorozat (n->p), alul pedig egymással szemben. (p->n). Az elektromos áram egymás után halad át az összes paralelepipedonon. Az áram irányától függően a felső érintkezők lehűlnek, az alsó érintkezők felmelegednek, vagy fordítva. Így az elektromos áram a Peltier-elem egyik oldaláról a másik oldalra viszi át a hőt, és hőmérséklet-különbséget hoz létre.
Ha a Peltier elem fűtőoldalát például radiátorral és ventilátorral hűti , akkor a hideg oldal hőmérséklete még alacsonyabb lesz. Az egyfokozatú cellákban a cella típusától és az áram nagyságától függően a hőmérsékletkülönbség akár kb.70 °C is lehet.
A Peltier elem előnye a kis mérete, a mozgó alkatrészek, valamint a gázok és folyadékok hiánya. Az áram irányának megfordításával a hűtés és a fűtés egyaránt lehetséges - ez lehetővé teszi a hőmérséklet szabályozását a hőmérsékletszabályozási hőmérséklet felett és alatt egyaránt . További előnye a zaj hiánya.
A Peltier elem hátránya az alacsonyabb hatásfok, mint a freonkompresszoros hűtőegységeknél, ami nagy energiafelhasználáshoz vezet az észrevehető hőmérsékletkülönbség eléréséhez. Ennek ellenére folynak a termikus hatásfok növelésére irányuló fejlesztések, a Peltier elemeket pedig széles körben alkalmazzák a technológiában, hiszen a 0 °C alatti hőmérsékletek további eszközök nélkül is megvalósíthatók.
A nagy hatásfokú Peltier-elemek felépítésének fő problémája, hogy az anyagban lévő szabad elektronok elektromos áram és hő hordozói is. A Peltier elem anyagának egyidejűleg két egymást kizáró tulajdonsággal kell rendelkeznie - jó az elektromos áram, de rossz a hővezetés.
Peltier elemek akkumulátoraiban [1] nagyobb hőmérsékletkülönbség érhető el, de a hűtőteljesítmény kisebb lesz. A hőmérséklet stabilizálása érdekében célszerű kapcsolóüzemű tápegységet használni, mivel ez növeli a rendszer hatékonyságát. Ugyanakkor kívánatos az áramhullámok kiegyenlítése - ez növeli az elem hatékonyságát, és esetleg meghosszabbítja élettartamát. Ezenkívül a Peltier elem működése nem lesz hatékony, ha megpróbálja stabilizálni a hőmérsékletet az áram impulzusszélesség-modulációjával .
A Peltier elemeket olyan helyzetekben alkalmazzák, amikor kis hőmérséklet-különbséggel hűtésre van szükség, vagy a hűtő energiahatékonysága nem fontos. Például a Peltier elemeket PCR erősítőkben , kis autós hűtőszekrényekben , vendéglátásban használt hűtött bankettkocsikban alkalmazzák, mivel a kompresszoros hűtőegység alkalmazása ebben az esetben az általános korlátok, és ezen felül a szükséges hűtés miatt lehetetlen vagy nem praktikus. kapacitása kicsi.
Ezenkívül Peltier elemeket használnak a digitális fényképezőgépek töltéscsatolt eszközeinek hűtésére. Ennek köszönhetően a hőzaj észrevehető csökkenése érhető el hosszú expozíciók során (például asztrofotózásnál). A többlépcsős Peltier-elemeket infravörös érzékelők sugárzási vevőinek hűtésére használják (például légvédelmi rakétákban, MANPADS "Javelin", "Stinger" az amerikai gyártásban stb.).
Ezenkívül a Peltier-elemeket gyakran használják dióda lézerek hűtésére és hőmérséklet -szabályozására az emitter hőmérsékletének stabilizálása érdekében, valamint a sugárzás hullámhossza miatt .
Azokban a készülékekben, ahol alacsony a hűtőteljesítmény, a Peltier elemeket gyakran használják második vagy harmadik hűtési fokozatként. Ez 30-40 fokkal alacsonyabb hőmérséklet elérését teszi lehetővé, mint a hagyományos kompressziós hűtőknél (akár -80 °C az egyfokozatú hűtőszekrényeknél és akár -120 °C a kétfokozatú hűtőszekrényeknél).
Egyes rajongók a Peltier modult használják processzoruk hűtésére, ha extrém nitrogénmentes hűtésre van szükségük. [2] [3] A nitrogénhűtés előtt ezt a módszert alkalmazták.
„ Peltier áramfejlesztő” (helyesebben „Seebeck generátor” lenne, de a pontatlan név megállapodott) - elektromos áram előállítására szolgáló modul, termoelektromos generátormodul, GM, TGM rövidítés. Ez a hőgenerátor két fő részből áll:
Ezenkívül a Peltier hűtőket elektromos egyenáramú szekrények és egyéb egyenáramú berendezések hűtőberendezéseiben, valamint olyan hűtőberendezésekben használták, amelyeknél a kompakt méretek, a térbeli tájolással szembeni ellenálló képesség és a karbantartás hiánya döntő fontosságú.