Zkušenosti a rady

 Peltierovy termobaterie jsem používal jako zdroj tepelného toku, tj. jak pro chlazení, tak při změně směru napájecího proudu k topení. Používal jsem dvě výše uvedené termobaterie zapojené do kaskády podle obr.č.7. Z hlediska napájecího proudu byly zapojeny do série. Takovým to zapojením jsem dosáhnul většího teplotního rozdílu na kaskádu ( na obě dvě termobaterie ) oproti jedné termobaterii, ale maximální chladící výkon mi oproti jedné termobaterii klesnul. Je to dáno tím, že při zapojení dvou stejných termobaterií do kaskády není schopna studená strana první termobaterie uchladit teplou stranu druhé termobaterie. Proto se pro zachování chladícího výkonu při požadavku většího teplotního rozdílu používá zapojení podle obr.č.3. Toto zapojení jsem použil, jelikož hlavní požadavkem byly rozměry termobaterie. 

Pro účely chlazení nebo topení je možno použít - 

• 1 Peltierovu termobaterii - umožňuje reverzní režim ( otočením polarity napájecího proudu můžeme topit nebo chladit ) 
• 2 Peltierovy termobaterie stejného výkonu zapojené do kaskády - dochází k omezení chladícího výkonu, ale dosáhneme většího teplotního rozdílu na termobaterie a umožňuje reverzní režim. Větší počet termobaterií stejného výkonu bych bych nedoporučoval zapojovat do kaskády, protože chladící výkon je minimální a může dojít k překročení pracovního teplotního rozsahu a tím k poškození termobaterií. 
• 2 Peltierovy termobaterie a více různého výkonu zapojené do kaskády - ( obdobně jako na obr.č.3. ) tak, aby chladná strana větší termobaterie byla schopna uchladit teplou stranu menší termobaterie, tím by nedocházelo k potlačení chladícího výkonu.Nemohu však použít inverzní režim, tj. režim topení, jelikož s menší termobateríí nejsem schopen uchladit větší termobaterii a teplota povrchu větší termobaterie mi může teplotně přerůst horní hranici teplotního rozsahu pro použití dané termobaterie a tím dojít k jejímu poškození. 

Jak již bylo uvedeno, mezi výhody Peltierových termobaterií patří soustředění chladícího nebo topného účinku na velmi malou plochu. Zařízení je spolehlivé a teplota se dá snadno regulovat změnou velikosti napájecího proudu. Baterie mají plochý tvar, takže ohřev nebo chlazení dané stěny či plochy je rovnoměrné. Mezi další výhodu Peltierových termobaterií je jejich rychlost odezvy. V mém případě jsem potřeboval regulovat teplotu na povrchu termobaterie,a proto provedl jsem měření přechodové charakteristiky. Na vstup jsem přivedl proudový skok 1A, a pomocí pyrometru jsem měřil teplotní rozdíl, který vzniká na termobaterii. Termobaterie nebyla ničím zatížena, tj. byla zatížena pouze okolním vzduchem a jeho teplotou. ( pyrometr slouží k bezdotykovému měření teploty na principu závislosti intenzity infračerveného záření každého tělesa na jeho teplotě ). Časová konstanta mi v mém případě vyšla 6.2s. 

Aby nedošlo k poškození nebo zničení termobaterie, je důležité dávat pozor na to, aby Peltierova termobaterie nepřekročila pracovní rozsah teplot udávaný výrobcem. Jedná se hlavně o tu stranu termobaterie, která bude topit. To proto,že měděné můstky jsou spojeny s polovodičovými kvádříky většinou pomocí měkké pájky. Při překročení teplotního rozsahu se pájka roztaví a termobaterie se rozloupne na dvě poloviny nebo v lepším případě vám pouze upadne napájecí vodič. Termobaterii je sice možno v prvním případě opravit např. pomocí obyčejné pistolové pájky, ale jak jsem již výše popisoval, vzniknou vám určité přechodové odpory mezi polovodičovými sloupky a měděnými můstky a tím pádem vám poklesne chladící výkon. V tomto případě se většinou nedá termobaterie pro chlazení již použít, je ji ale možno stále použít pro topení. V druhém případě stačí pouze upadnutý vodič připájet a termobaterie opět pracuje jak má. Proto doporučuji, nemáte-li možnost kontrolovat teplotu teplé strany termobaterie, nepracovat s ní naprázdno,tj. nepouštět do ní proud, není-li na té straně, která bude topit přilepený nebo položený chladič. 

K poškození nebo zničení Peltierovy termobaterie může také dojít vlivem vodní páry kondenzující uvnitř termobaterie. Kondenzace vodní páry na studené straně jednotlivých Peltierových elementů a její následné zmrznutí při záporných teplotách je příčinou zvětšení mechanického zatížení uvnitř termobaterie, které může způsobit poškození či zničení termobaterie. Při malých tloušťkách termobaterie se může také vlivem kondenzace vodní páry uvnitř termobaterie snižovat teplotní rozdíl mezi jednotlivými stranami termobaterie. 

Při spojování termobaterií do kaskády nebo vkládání termobaterie například mezi chladič a chlazený obvod je vhodné potřít oba povrchy termobaterie silikonovou vazelínou nebo jinou pastou s dobrou tepelnou vodivostí či je slepit vhodným lepidlem. Tím se zabrání tepelné izolaci jednotlivých spojovaných povrchů, která vzniká vlivem vzduchových mezer způsobených nerovnoměrností přiložených povrchů. 

Velikost napájecího proudu se řídí jednak velikostí napájecího napětí a jednak zatížením Peltierovy termobaterie. Při zatížení například chladné strany termobaterie vzroste velikost odebíraného proudu, proto je vhodné mít v napájecím obvodě proudové omezení, aby nedošlo k překročení maximálního povoleného proudu. 

Na obrázku č.8. je uveden ilustrační příklad použití Peltierovy termobaterie k chlazení mikroprocesoru. Výhoda oproti samotnému chladiči spočívá v tom, že pomocí termobaterie jsem schopen vytvořit určitý teplotní rozdíl mezi chladičem a mikorprocesorem, čímž dostanu teplotu mikroprocesoru níže, než při použití samotného chladiče. Musím ale počítat s tím, že vyzařovaný tepený výkon termobaterie je přibližně 2,5 krát větší než tepelný výkon mikroprocesoru, viz. výše uvedené vztahy. Proto je potřeba většinou větší chladič. Nevýhoda je potřebný zdroj proudu pro napájení Peltierovy termobaterie. 

REKLAMA :

Použití Peltierových článků  Elektronika -

Miniaturní chladiče pro zesilovače, chladiče pro výkonné generátory, lasery, parametrické zesilovače, chladiče pro mikroprocesory, chladiče pro různá elektronická zařízení například pro noční vidění. 

Lékařství -

Chladiče přenosných kontejnerů pro biologické materiály a tekutiny ( např. krev ), farmaceutická a kosmetická zařízení a podobně. 

Vědecká a laboratorní zařízení -

Chladící prostory, chladící laboratorní desky, tepelné kalibrátory, CCD chladiče, termostaty. 

Spotřební zboží -

Přenosné ledničky a chladící boxy, chladiče a chladící boxy nápojů pro obchody a restaurace atd. 

Klimatizační zařízení -

Chladící zařízení pro prostory uskladňování knih a filmů, pro prostory určené k chovu zvířat ( např. akvária ), zařízení pro udržování stálé vlhkosti a teploty v místnosti atd. 

Závěr

 Peltierovy články nacházejí uplatnění v různých odvětvích lidské činnosti. Mezi jejich výhody patří soustředění chladícího nebo topného účinku na velmi malou plochu, jsou spolehlivé, nemají žádné mechanické části, nevydávají žádné rušivé zvuky ani vibrace, teplota se dá snadno regulovat změnou velikosti napájecího proudu, termobaterie mají plochý tvar, takže ohřev nebo chlazení dané stěny či plochy je rovnoměrné. Nevýhoda oproti běžným kompresorovým a absorpčním agregátům je, že nedosahují takových tepelných parametrů. 


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. 

Konec seriálu..