Was ist die Peltierzelle und wie funktioniert sie?

Die Peltier-Zelle wird in verschiedenen Industriebereichen häufig für Kühlarbeiten eingesetzt, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Kühlsystemen mehrere Vorteile bietet. In diesem Artikel erklären wir, was eine Peliter-Zelle ist und wie sie funktioniert.

Was ist eine Peltier-Zelle?

Ein thermoelektrischer Peltier-Kühler, eine Heizung oder eine Wärmepumpe ist eine aktive Festkörper-Wärmepumpe, die abhängig von der Stromrichtung mithilfe elektrischer Energie Wärme von einer Seite des Geräts auf die andere überträgt. Ein solches Instrument wird auch als Peltier-Zelle, Peltier-Wärmepumpe, Festkörperkühler oder thermoelektrischer Kühler (TEC) bezeichnet. Eine Peltier-Zelle kann zum Heizen oder Kühlen verwendet werden, obwohl in der Praxis die Hauptanwendung das Kühlen ist. Es kann auch als Temperaturregler verwendet werden, der heizt oder kühlt.

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Bei der thermoelektrischen Kühlung wird der Peltier-Effekt verwendet, um einen Wärmefluss zwischen der Verbindung zweier verschiedener Materialtypen zu erzeugen. Diese Technologie wird in der Kühlung viel weniger angewendet als in der Dampfkompressionskühlung. Die Hauptvorteile einer Peltier-Zelle gegenüber einem Dampfkompressionskühlschrank sind das Fehlen beweglicher Teile oder zirkulierender Flüssigkeit, eine sehr lange Lebensdauer, Unverwundbarkeit gegenüber Undichtigkeiten, eine geringe Größe und eine flexible Form. Die Hauptnachteile sind hohe Kosten und schlechte Energieeffizienz. Viele Forscher und Unternehmen versuchen, billige und effiziente Peltier-Kühlschränke zu entwickeln.

Ein Peltier-Kühler kann auch als thermoelektrischer Generator verwendet werden. Beim Betrieb als Kühler wird eine Spannung an das Gerät angelegt, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten erzeugt wird. Beim Betrieb als Generator wird eine Seite des Geräts auf eine höhere Temperatur als die andere erwärmt, wodurch ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Seiten erzeugt wird (Seebeck-Effekt). Ein gut konzipierter Peltier-Kühler wird jedoch aufgrund unterschiedlicher Design- und Verpackungsanforderungen ein mittelmäßiger thermoelektrischer Generator sein und umgekehrt.

Wie die Peltier-Zelle funktioniert und welche Vorteile sie hat

Thermoelektrische Kühler arbeiten mit dem Peltier-Effekt (der auch durch den bekannteren thermoelektrischen Effekt bekannt ist). Das Gerät hat zwei Seiten, und wenn ein elektrischer Gleichstrom durch das Gerät fließt, leitet es Wärme von einer Seite zur anderen, so dass eine Seite abkühlt, während sich die andere erwärmt. Die "heiße" Seite ist an einem Kühlkörper befestigt, so dass sie bei Raumtemperatur bleibt, während die kalte Seite unter Raumtemperatur fällt. In einigen Anwendungen können mehrere Kühler kaskadiert werden, um die Temperatur zu senken.

Zur Herstellung werden zwei einzigartige Halbleiter verwendet, einer vom Typ n und einer vom p, da sie unterschiedliche Elektronendichten aufweisen müssen. Die Halbleiter werden thermisch parallel zueinander und elektrisch in Reihe geschaltet und dann auf jeder Seite mit einer Wärmeleitplatte befestigt. Wenn eine Spannung an die freien Enden der beiden Halbleiter angelegt wird, fließt ein Gleichstrom durch den Übergang der Halbleiter, der eine Temperaturdifferenz verursacht. Die Seite mit der Kühlplatte nimmt die Wärme auf, die dann auf die andere Seite des Geräts geleitet wird, auf der sich der Kühlkörper befindet. Thermoelektrische Kühler sind üblicherweise zwischen zwei Keramikplatten nebeneinander geschaltet. Die Kühlleistung der Gesamteinheit ist proportional zur Anzahl der darin enthaltenen TECs. Ein einstufiger TEC erzeugt typischerweise eine maximale Temperaturdifferenz von 70 ° C zwischen seiner heißen und kalten Seite. Je mehr Wärme Sie mit einem TEC bewegen, desto weniger effizient wird er, da Sie sowohl die Wärme, die sich bewegt, als auch die Wärme, die er aus Ihrem eigenen Stromverbrauch erzeugt, abführen müssen. Die Wärmemenge, die absorbiert werden kann, ist proportional zu Strom und Zeit.

Einige Vorteile der Verwendung eines TEC sind:

• Keine beweglichen Teile, daher ist weniger häufige Wartung erforderlich. Keine Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Die Temperaturregelung kann innerhalb von Bruchteilen eines Grades aufrechterhalten werden. Flexible Form (Formfaktor); Insbesondere können sie sehr klein sein. Sie können in kleineren oder schwereren Umgebungen als herkömmliche Kühlung verwendet werden. Lange Lebensdauer mit einer mittleren Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) von mehr als 100.000 Stunden. Steuerbar durch Ändern der Eingangsspannung / Stream

Einige Nachteile der Verwendung eines TEC sind:

• Es kann nur eine begrenzte Menge an Wärmefluss abgeleitet werden. Zurück zu Anwendungen mit geringem Wärmefluss. In Bezug auf den Leistungskoeffizienten nicht so effizient wie Dampfkompressionssysteme (siehe unten).

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Damit ist unser Artikel darüber beendet, was die Peliter-Zelle ist und wie sie funktioniert. Denken Sie daran, dass Sie sie in sozialen Netzwerken freigeben können, damit sie mehr Benutzern helfen kann, die sie benötigen.