Ogniwo
Peltiera - budowa i zasada działania Ogniwo Peltiera
(moduł Peltiera, również płytka Peltiera) jest półprzewodnikowym
elementem termoelektrycznym, wykorzystującym zjawisko Peltiera do
przekazywania ciepła. Jest złożone z dwóch równolegle osadzonych
płytek ceramicznych, pomiędzy płaszczyznami których znajdują się
naprzemiennie ułożone półprzewodniki typu "n" oraz "p".
Półprzewodniki - wykonane
z odpowiednio domieszkowanego tellurku bizmutu, są pod względem
elektrycznym połączone szeregowo - dzięki blaszkom miedzianym.
Istotą modułów Peltiera są zmiany temperatury zachodzące na złączach
półprzewodników (n-p lub p-n) na skutek działania prądu
elektrycznego,
co ma istotne znaczenie dla celów chłodniczych.
|
Półprzewodnik typu "p" wykazuje w swojej
strukturze brak elektronów do całkowitego "obsadzenia"
górnego poziomu energetycznego, natomiast półprzewodnik typu
"n" posiada ich na ten poziom zbyt wiele. W momencie
przepływu prądu, dochodzi do przemieszczenia się elektronów
pomiędzy poziomami energetycznymi - co w jednym przypadku
wymaga dostarczenia energii (wejście na wyższy poziom
energetyczny), a w innym wywołuje jej wydzielanie (spadek na
niższy poziom) - w zależności od kierunku przepływu prądu.
Zarówno pobierana, jak i oddawana energia jest w tym
przypadku energią cieplną. Na dwóch powierzchniach modułu -
górnej i dolnej - jednocześnie zachodzi pochłanianie ciepła
("zimna strona"), oraz jego oddawanie ("strona gorąca").
Ilość ciepła, jaka może zostać w ten sposób
przetransportowana, zależy od natężenia przyłożonego prądu.
|
Oczywiście przy przepływie
prądu przez układ pewna ilość ciepła powstaje również w samym module
(na skutek oporności elektrycznej powstaje tzw. ciepło Joule'a). Z
tego względu każde ogniwo Peltiera posiada określoną maksymalną
wydajność cieplną. Bardzo istotną cechą jest możliwość połączenia
modułów, tak aby strona "zimna" kolejnego modułu przylegała do
strony "gorącej" modułu poprzedniego, co pozwala uzyskać większą
wydajność.
Uwzględniając ciepło powstające wskutek oporu
prądu elektrycznego, które również jest odprowadzane na
stronę "gorącą", połączeń takich dokonuje się najczęściej w
sposób piramidalny - tak aby ostateczna powierzchnia
oddająca ciepło była większa niż powierzchnia je
pochłaniająca. Połączenie modułów jest, pod względem
zwiększenia wydajności, istotną alternatywą zwiększania
natężenia przepływającego przez układ prądu. Ze względu na
dużą ilość skondensowanej energii cieplnej (o mocy od 10W do
nawet 400W) wydzielającej się ze strony "gorącej", zaleca
się zastosowanie radiatorów. Właściwe jest również
stosowanie odpowiedniej pasty termoprzewodzącej.
Zastosowanie tych dwóch czynników ma szczególne znaczenie
przy łączeniu ogniw, ze względu na kumulację energii na
kolejnych poziomach. Standardowo moduły są dostępne w
postaci cienkich płytek, jednak ze względu na łatwość
wykonania, mogą przybierać niemal dowolne kształty.
|
|
Ogniwo Peltiera -
zastosowanie Ogniwo Peltiera, ze
względu na nieskomplikowaną produkcję oraz trwałość
parametrów znajduje szerokie zastosowanie jako pompa
cieplna. Stosowane jest do budowy urządzeń i elementów
chłodniczych, wykorzystywanych zarówno w warunkach
"domowych",
jak i w zaawansowanej technologicznie aparaturze naukowej.
W tym pierwszym przypadku,
wyróżnić można między innymi:
- termostaty do akwarium i terrarium
- przenośne lodówki samochodowe, piknikowe, małe
lodówki domowe
- pojemniki do przechowywania piwa i win, oraz inne
o konieczności utrzymania stałej temperatury
- urządzenia klimatyzacyjne przewoźne i stacjonarne
- w niektórych przypadkach do chłodzenia podzespołów
komputerowych |
|
Istotne cechy
modułów Peltiera
- wytrzymałość mechaniczna
- sztywna konstrukcja, brak ruchomych elementów
- praca w każdej pozycji położenia
- możliwość stosowania w strefach zagrożonych wybuchem
- wysoka żywotność (ok. 200 tys. godzin)
- izolacja elektryczna dzięki płytkom ceramicznym
- brak czynnika chłodzącego
- niewielkie rozmiary, ułatwiające transport i
przechowywanie
- możliwość połączenia modułów w celu zwiększenia wydajności |
Ogniwo Peltiera może być
również wykorzystywane do produkcji prądu elektrycznego,
dzięki wykorzystaniu zjawiska Seebecka.
Według testów, najlepiej i najtaniej w produkcji energii
elektrycznej z ciepła sprawdza się ogniwo TEC1-12730, które
jest dużo tańsze od ogniw z serii TEG.
Przykładowa
"Płytka Peltiera" na 12V prądu stałego:
rozmiar 40x40mm np.: TEC1-12703, TEC1-12705,
TEC1-12706, TEC1-12707, TEC1-12708, TEC1-12709,
TEC1-12710 rozmiar 50x50mm np.: TEC1-12725,
TEC1-12726 rozmiar 62x62mm np.: TEC1-12730,
TEC1-12740 |
Przykładowa
"Płytka Peltiera" na 24V prądu stałego w
rozmiarze 40x40mm np.: TES1-24104, TES1-24106 |
|
Do procesów i urządzeń
specjalistycznych należą:
- przechowywanie i transport
preparatów biologicznych
- aparaty do zamrażania tkanek
- komory klimatyczne wykorzystywane w krioterapii
- chłodzenie nagrzewających się elementów elektronicznych
- chłodzenie generatorów wysokiej mocy
- chłodzenie diod laserowych
- chłodzenie kwarcowych stabilizatorów częstotliwości
- wymrażarki próżniowe
- układy chłodzące aparatury pomiarowej - do chłodzenia
cieczy
- urządzenia wzorcowe temperatury o wysokiej dokładności
- elementy półprzewodnikowe w niektórych wzmacniaczach klasy
A w sprzęcie High End
- inne procesy i urządzenia wymagające precyzyjnej regulacji
temperatury
- generatory termoelektryczne do odzysku energii odpadowej |
|