Moduł Peltiera

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

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].

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.

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.

• chłodzenie wodne
• heatspreader
• heat pipe
• chłodzenie pasywne

• http://www.peltier.pl