Moduł Peltiera

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Moduł Peltiera
Przekrój modułu Peltiera
Budowa modułu Peltiera

Moduł Peltiera (zwany także ogniwem Peltiera) – urządzenie elektryczne wykorzystujące efekt Peltiera do chłodzenia.

Typowa budowa[edytuj | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 elektrycznegociepło 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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

Zalety Wady
  • sztywna konstrukcja (wytrzymałość mechaniczna)
  • brak ruchomych elementów w ogniwie
  • brak czynnika chłodzącego
  • ogniwo może mieć dowolny kształt
  • możliwość łączenia kilku ogniw (zwiększenie wydajności)
  • wysoka żywotność (ok 200 tys. godzin)
  • wymaga wydajnego zasilania (5-40 A)
  • wydzielanie stosunkowo dużej ilości ciepła (potrzebuje chłodzenia)
  • łatwo uszkodzić (ceramikę jak i złącza n-p zbyt wysokim napięciem)

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Thermoelectric_Coolers. TEC Microsystems GmbH, 2012. [dostęp 2012-10-18].
Wikimedia Commons

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

http://www.peltier.pl