Úvod
Peltierův jev je znám především ve spojení s termoelektrickými bateriemi. Tyto baterie slouží k přímé přeměně elektrické energie na tepelnou a naopak. Mohou sloužit k těmto účelům -
- Termoelektrické chlazení - nejrozšířenější. Jeho předností je soustředění chladícího účinku na velmi malou plochu.Zařízení je spolehlivé a teplota se dá snadno regulovat změnou velikosti napájecího proudu. Nevýhoda oproti běžným kompresorovým a absorpčním agregátům je, že nedosahují takových tepelných parametrů.
- Termoelektrické topení - méně časté. Výhoda spočívá v tom, že baterie mají plochý tvar, takže ohřev dané stěny či plochy je rovnoměrný.
- Výroba elektrického proudu - termoelektrické baterie vyráběné pro účely chlazení nejsou vhodné pro výrobu elektrického proudu.
REKLAMA :
Peltierův efekt
V r. 1834 objevil francouzský fyzik Peltier efekt, který je inverzní k Seebeckovu
efektu.
Seebeckův efekt - jsou-li spojeny dva vodiče z různých kovů do uzavřeného obvodu a
mají-li spoje různou teplotu T1 a T2 , protéká obvodem elektrický proud.
Peltierův efekt - protéká-li stejnosměrný elektrický proud z
vnějšího zdroje Seebeckovým obvodem, pak vzniká teplotní rozdíl mezi oběma
spoji. Teče-li proud z vnějšího zdroje daným spojem stejným směrem , jaký
má proud při ohřátí tohoto spoje v Seebeckově jevu, pak se daný spoj ochlazuje.
Prochází-li proud směrem opačným, pak se spoj ohřívá. Peltierův efekt
závisí na druhu kovů a na jejich teplotě.
Peltierův článek
Peltierův článek se skládá ze dvou polovodičových
tělísek a spojovacího můstku, které zprostředkovávají jednak přívod
elektrické energie a jednak absorbují a vyzařují teplo. Základní zapojení
Peltierova článku je znázorněno na obr.č.1.
Kde -
Q .... teplo absorbované
Qh ....teplo vyzařované
P.... polovodič s děrovou vodivostí
N .... polovodič s elektronovou vodivostí
Základním polovodičovým materiálem na Peltierovy články jsou převážně vizmut-telluridy, tj. termální systémy Bi-Te-Se ( N-typ ) a Bi-Sb-Te ( P-typ ). Tyto materiály mají výhodné termoelektrické vlastnosti, nízký měrný elektrický odpor a malou tepelnou vodivost. Spojovací můstky jsou zhotoveny většinou z mědi ( malý měrný elektrický odpor, možnost pájení ). Její nevýhodou je možná difúze do polovodičového materiálu a tím zhoršení jeho vlastností. V místě styku můstku a polovodiče vzniká nežádoucí přechodový odpor, který může značně nepříznivě ovlivnit dosažitelný chladící výkon Q článku a maximální dosažitelný teplotní rozdíl obou spojek. Nejlepší termoelektrický materiál je tedy bezcenný, nepodaří-li se najít vhodný technologický postup výroby, zajišťují nízký přechodový odpor.Jednotlivé Peltierovy články se obvykle zapojují do série ve větší celky, tzv. chladící termobaterie viz. obr.č.2. K dosažení vyšších teplotních rozdílů při zachování určitého chladícího výkonu se spojují jednotlivé termoelementy do kaskádních baterií viz. obr.č.3 nebo termobaterie do kaskády. V tomto případě se musí zajistit elektrická izolace mezi termobateriemi. Jako izolace se používají keramika s dobrou tepelnou vodivostí viz obr.č.2..V dnešní době se vyrábějí termobaterie již s touto izolací.
Obr.č.2.
Pro spojení termobaterií do kaskády je vhodné keramické destičky potřít
silikonovým tukem pro zajištění malého tepelného odporu mezi bateriemi nebo
baterie slepit vhodným lepidlem s dobrou tepelnou vodivostí. Kaskádní řazení
termoelementů má výhodu především v dosažení vyšší
chladící účinnosti pro požadované velké teplotní rozdíly spojek.
Hrubou představu o principu čerpání tepelné energie Peltierovým článkem tj.
přeměně elektrické energie v tepelnou lze získat rozborem vzniku termoelektrického
napětí v polovodičích typu P, resp. typu N, která je popsána viz [1],[2].
Obr.č.3.
Literatura
[1] Syrový, K. : Využití Peltierova jevu k termoelektrickému
chlazení. Strojírenství 1963, č.6.
[2] Mikyška, L. : Termoelektrické články. Praha - SNTL 1964.
[3] Firemní literatura : katalogové listy firmy Kryotherm.
[4] Firemní literatura : katalogové listy firmy Melcor.
Připravil: Ing.Milan Dřínek
Komentáře
Dotaz na Literaturu
Dobrý den,
píšu Bc. práci na téma Chlazení pomocí peltierova článku. Narazil
jsem na vaši www stránku, kde je to pěkně popsané. Akorát máte v
literatuře na pozici jedna citovanou literaturu Využití Peltierova
jevu k termoelektrickému chlazení. strojírenství 1963. A já nic
podobného nemůžu najít. Proto se chci zeptat jestli není v názvu
literatury chyba ?
děkuji za odpověď
S pozdravem
MČ