Moduł Peltiera
Moduł Peltiera (zwany także ogniwem Peltiera) – urządzenie elektryczne wykorzystujące efekt Peltiera do chłodzenia.
Spis treści |
Typowa budowa [edytuj]
Ogniwo Peltiera jest elementem półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch cienkich płytek (ceramika tlenków glinu), pomiędzy którymi znajdują się – dzięki miedzianym ścieżkom na wewnętrznych powierzchniach płytek obudowy ceramicznej – szeregowo ułożone półprzewodniki (naprzemiennie typ p i n) – wykonane z tellurku bizmutu domieszkowanego antymonem i selenem[1].
Zasada działania [edytuj]
W strukturze półprzewodnika p występuje niedostateczna liczba elektronów, aby w pełni "obsadzić" górny poziom energetyczny. Natomiast w półprzewodniku n występuje nadmiar elektronów. W momencie przepływu prądu (elektrony płyną od półprzewodnika typu n do p) elektrony stają się ładunkami nadmiarowymi, więc muszą zwiększyć swoją energię kosztem energii cieplnej z otoczenia. Kiedy prąd płynie w odwrotnym kierunku elektrony spadają na niższy poziom energetyczny, co powoduje wydzielenie ciepła, wobec czego jedna ze stron modułu może działać jako chłodnica, a druga nagrzewnica[1].
Ilość odprowadzonego ciepła zależna jest od natężenia płynącego prądu. Jednak przepływ prądu przez układ powoduje wydzielanie się ciepła w samym module (w wyniku oporu elektrycznego – ciepło Joule'a). Przy zwiększeniu natężenia prądu, zwiększa się ilość transportowanego ciepła, ale także ilość ciepła wydzielanego przez moduł. Przy określonym natężeniu zachodzi zrównanie się ilości ciepła powstającego i ciepła transportowanego (będzie to maksymalna wydajność modułu, natomiast po "zimnej" stronie układu powstanie najniższa możliwa temperatura). Do odprowadzenia powstającego w układzie ciepła może posłużyć radiator, radiator z wentylatorem lub chłodzenie wodą.
Zastosowanie [edytuj]
Ogniwo Peltiera wykorzystywane jest w urządzeniach chłodniczych. Istotną cechą jest możliwość regulacji temperatury przekazywanej, w zależności od przyłożonego do układu natężenia prądu elektrycznego, co pozwala na precyzyjne określenie temperatury chłodzenia. Przykładami wykorzystania modułów Peltiera są:
- przechowywanie i transport tkanek oraz preparatów biologicznych
- komory klimatyczne
- termocyklery
- chłodzenie nagrzewających się elementów elektronicznych, w tym m.in. procesorów i kart graficznych komputerów
- chłodzenie generatorów wysokiej mocy
- chłodzenie diod laserowych
- urządzenia wzorcowe temperatury o wysokiej dokładności (mierniki)
- termostaty do akwarium i terrarium
- przenośne lodówki
- komory do przechowywania win
- inne procesy i urządzenia wymagające precyzyjnej regulacji temperatury
Wydajność chłodzenia za pomocą ogniw Peltiera może być zwiększona poprzez połączenie dwóch ogniw - po połączeniu strony "gorącej" jednego modułu ze stroną "zimną" modułu kolejnego. W zależności od ilości połączonych w ten sposób elementów, można uzyskiwać coraz niższe temperatury, co ograniczone jest maksymalną wydajnością całego układu. Ze względu na wydzielanie Ciepła Joule'a przez każde z ogniw, poziom następny musi odprowadzić ciepło przekazywane oraz wytworzone przez poprzednie poziomy - co decyduje o konieczności łączenia ogniw w strukturze piramidalnej oraz zastosowania dodatkowego chłodzenia.
Wady i zalety [edytuj]
| Zalety | Wady |
|
|
Przypisy
- ↑ 1,0 1,1 Thermoelectric_Coolers. TEC Microsystems GmbH, 2012. [dostęp 2012-10-18].
