Rådgivare
Texten nedan är maskinöversatt från tysk originaltext.
Värt att veta om Peltier-element
Vad är Peltier-element?
Hur fungerar Peltier-element?
Hur är Peltier-element uppbyggda?
Vilka för- och nackdelar har Peltier-element?
Vilka typer av Peltier-element finns det?
Vad kan Peltier-element användas till?
Vad bör beaktas vid tillämpningen av Peltier-element?
Vad är Peltier-element?
Peltier-element är elektriska komponenter som kan transportera värme från ena sidan till den andra utan mekaniskt rörliga delar. De har nu visat sig fungera som kylelement eller temperaturstabilisering inom många områden av tekniken. Peltierelement kallas även internationellt ”Termoelectric cooler”, förkortat ”TEC”.
Hur fungerar Peltier-element?
Den franske forskaren Jean Peltier publicerade 1834 en artikel om sina elektriska experiment med kontaktpunkter för olika metaller. När han slutförde de båda ändarna av en vismut-trådad koppartråd med koppartrådar och slog fast att den ena kontaktpunkten värms upp och den andra kyls av. Om strömflödet vänder vändas blir även uppvärmnings- och kylningseffekten för de båda kontakterna. Orsaken till denna effekt var till att börja med inte känd. Det var först när termoelektriska föreskrifter hade upptäckts som det fanns en förklaring. Det rör sig om energimässig kompensation av frilastbärare (elektroner, hål) vid kontaktpunkterna, som är beroende av material på olika energinivåer. För att uppnå en högre energinivå tar lastbäraren bort energi i form av värme från omgivningen. Vid fall till en lägre nivå avger lastbäraren energi i form av värme. Det uppstår en strömberoende temperaturskillnad.
Redan 15 år tidigare hade den preussiska forskaren Johann Seebeck med en liknande utformning funnit att det skulle uppstå en elektrisk spänning mellan de två kopparledningarna om en av kontaktpunkterna upphettats. Både ”Peltier-effekten” och ”seebeck-effekten”, som används för termoelementen, har länge varit kända, men skulle kunna utnyttjas i praktiken först när modern teknik utvecklas. Eftersom Peltier-element och termoelement är uppbyggda på samma sätt, kan med ett Peltier-element även en elektrisk spänning skapas genom att den ena sidan värms upp och den andra kyls av.
1: Kall sida
2: Keramikplatta
3 n-halvledare
4 P-halvledare
5: Het sida
6: Kopparbryggor
Principiell uppbyggnad av moderna Peltier-element. De som använder sig av lastenheter kommer att få högre (lägre) eller lägre (högre) energinivå vid kontaktpunkterna och kommer därför att ta upp värmen nedåt och ge upp den uppåt.
Hur är Peltier-element uppbyggda?
Moderna Peltier-element (bild 1 och 2) består av kontakter mellan koppar och den halvledande legeringen vismutatellurit (Bi2T3) eller kiselganium (sige). Detta material har formen av en liten kub av ”Dices” som förbinds med varandra via kopparbryggor. Det hela är fäst på ett keramiskt substrat av aluminiumoxid. Även ovansidan täcks av en keramikplatta. Olika N- eller P-uttag möjliggör seriekoppling av ett stort antal sådana element, så att det på båda sidor av arrangemanget finns många kontaktpunkter som kan kyla eller värma upp vid strömavbrott. På sidan finns de kabelanslutna för strömanslutning. N- och P-doterade "Dices" är växelvis förbundna med kopparbryggor.
1: Kall sida
2: Keramikplatta
3 n-halvledare
4 P-halvledare
5: Het sida
6: Kopparbryggor
Vilka för- och nackdelar har Peltier-element?
Peltier-element har inga mekaniskt rörliga delar och kan kyla eller värma på minsta utrymme. Den transporterade värmen och därmed kyleffekten kan doseras exakt med strömmen. Den låga verkningsgraden är inte fördelaktig jämfört med det klassiska kylsystemet, som tar upp mycket mer plats och arbetar med kompressorer och kräver ett kylmedium. Peltier-element är därför begränsade till tillämpningar med låg värmetransporteffekt inom W-området.
Vilka typer av Peltier-element finns det?
Detta Peltier-element från TRUE COMPONENTS har en kyleffekt på 106 W och är endast 2,8 mm hög.
Standard-Peltier-element är vanligtvis uppbyggda på kvadratisk Sandwich-form (se bild 3) och tillverkas i olika mått på några centimeter kantlängd. Driftspänningen beror på mängden Dices och ligger mellan några och några få tio volt.
Kyleffekten som Peltier-element kan alstra ligger inom området från vissa watt upp till ca 100 watt.
Den maximala temperaturskillnaden mellan varm och kall sida av Peltier-elementet är ca 70 K.
Vad kan Peltier-element användas till?
Peltier-element finns idag i konsumentprodukter som t.ex. termoelektriska kylbehållare, minikylskåp eller luftavfuktare. I teknik använder man Peltier-element t.ex. för kylning av laser eller av optiska sensorer för att minska bildbrus. Peltierelement har tack vare sin kompakta konstruktion även visat sig vara en del av kylan på datorchips, t.ex. processorn.
Den temperaturberoende svängningsfrekvensen hos kvartsgeneratorer kan hållas konstant med hjälp av Peltier-element oberoende av omgivningstemperaturen, eftersom de kan värma eller kyla ned beroende på strömriktningen. I laboratoriet kan temperaturen, t.ex. vätskor, justeras exakt och reproducerbar med hjälp av Peltier-element. I analystekniken kan den exakta provningen utföras med hjälp av Peltier-element.
För optimal styrning av Peltier-element finns en speciell controllermodul tillgänglig. Den tillhörande displayenheten visar bl.a. Är- och bör-temperaturer samt värme- och kyldrift. Med dessa tillbehör kan du t.ex. Bygga upp laboratorie- och mätutrustning med exakt inställning och reglering av temperaturen.
Vad bör beaktas vid tillämpningen av Peltier-element?
Peltier-elementen ska vara installerade så att de på ena sidan kan absorbera värme och avge värme på den andra sidan. Om värmen är damm på en av sidorna försämras kylningens effektivitet. Krävs ytmontering med lågt värmeövergångsmotstånd.
På kontaktytorna bör därför kylpasta appliceras före montering. På den varma sidan ska det vara möjligt att ta bort värmen utan hinder och bör vid större effekt stödjas med ett stort kylelement och vid behov med en fläkt.
- De elektriska gränsvärdena Imax och Umax som anges i databladen får inte överskridas.
- Peltier-element som i vissa tillämpningar ofta slås på och av ska ha en hög termisk cykelhållfasthet.
- De vanliga peltierelementen är RoHS-godkända.