Moduł Peltiera
Moduł Peltiera (zwany także ogniwem Peltiera) – urządzenie elektryczne wykorzystujące efekt Peltiera do realizacji funkcji 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 przechodzą do stanu o niższej energii, co powoduje wydzielenie ciepła, wobec czego jedna ze stron modułu może działać jako chłodnica, a druga jako grzejnik[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 | edytuj kod]Ogniwo Peltiera wykorzystywane jest w urządzeniach chłodniczych. Istotną jego 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,
- regulacja temperatury w pojazdach[2],
- 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 liczby połączonych w ten sposób elementów, można uzyskiwać coraz niższe temperatury, co ograniczone jest tylko 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 prowadzi do konieczności łączenia ogniw w strukturę piramidalną oraz zastosowania dodatkowego chłodzenia.
Wady i zalety
[edytuj | edytuj kod]| Zalety | Wady |
|---|---|
|
|
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b Thermoelectric_Coolers. TEC Microsystems GmbH, 2012. [dostęp 2012-10-18]. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-03-03)].
- ↑ Roman Pniewski. Wykorzystanie ogniw Peltiera w układach chłodzących pojazdów autobusowych. „Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe”, 2016. Instytut Naukowo-Wydawniczy "Spatium" Sp z o.o.. ISSN 1509-5878.