Was ist ein Peltier-Element?
Ein Peltier-Element ist ein Element, das den Peltier-Effekt nutzt, bei dem die Wärmeübertragung an einem Übergang stattfindet, wenn ein elektrischer Strom an zwei verschiedene Metalle angelegt wird, die miteinander verbunden sind.
Derzeit werden effiziente Peltier-Elemente in der Praxis nicht aus zwei Metallen, sondern aus drei verschiedenen Materialien hergestellt: n-Typ-Halbleiter, Metalle und p-Typ-Halbleiter. Sie werden in der Regel als Kühlvorrichtungen eingesetzt, die die Wärmeübertragung nutzen, können aber auch als Heizvorrichtungen verwendet werden, da eine Änderung der Stromrichtung auch die Richtung der Wärmeübertragung ändert.
Im Gegensatz zu Wärmepumpen haben Peltier-Elemente den Vorteil, dass sie weder Geräusche noch Vibrationen erzeugen, da die Kühlwirkung einfach durch das Anlegen eines elektrischen Stroms erzielt wird. Außerdem benötigen sie kein Kältemittel und keine korrosiven Flüssigkeiten, was sie zu einem Kühlgerät mit geringer Umweltbelastung macht.
Anwendungen für Peltier-Elemente
Peltier-Elemente werden in einer Vielzahl von Bereichen als saubere Kühlelemente eingesetzt.
1. Lebensmittelindustrie
Peltier-Elemente sind kompakt, sauber und sicher. Sie werden in Lebensmittelvitrinen, kleinen Getränkekisten, Milchkühlern und Hotelbehältern eingesetzt.
2. Industrieller Sektor
Industrielle Geräte sind ausnahmslos anfällig für Wasser. Peltier-Elemente werden in wassergefährdeten Industrieanlagen eingesetzt, wobei jedoch Maßnahmen zur Temperaturregelung und zur Zufuhr kalter Luft mit minimaler Kondensation getroffen oder Kondensatabflüsse eingebaut werden. Zu den Anwendungen gehören die Kühlung von Schalttafeln, die Kühlung von Überwachungskameras, die lokale Kühlung von Teilen innerhalb von Schalttafeln, die Kühlung von Gussformen und Luftversorgungssysteme mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit.
3. Optischer Bereich
Peltier-Elemente werden häufig zur Kühlung von Geräten auf engem Raum eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören die direkte Kühlung von Heizquellen, die Kühlung von kleinen Relaiskästen, die Temperaturregelung von Fotodetektoren, die Temperaturregelung von Laserdioden, die Kühlung von CCD-Kameras, Projektoren, Kopierern und Überwachungskameras, die Kühlung von Wasser für Laser usw.
4. Verbraucherbereich
Peltier wird in gewerblichen Kühlschränken in Krankenhäusern und Hotelzimmern eingesetzt, da er völlig vibrations- und geräuschfrei ist und einen kompakten Kühlmechanismus besitzt. Peltier-Kühlschränke werden auch in zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt, z. B. in kleinen Kühlschränken, Kühlboxen, Bier-Servern, Weinkellern, der Temperaturregelung von Wassertanks, der Kühlung von Computer-CPUs, Luftentfeuchtern, Luftreinigern, Haartrocknern und Negativ-Ionen-Generatoren für Gesichtspflegegeräte.
5. Andere Bereiche
Peltier-Elemente werden auch zum Kühlen und Heizen in der Mess- und Analysetechnik, in der Halbleiterindustrie sowie in medizinischen und physikalisch-chemischen Anwendungen eingesetzt.
Das Prinzip der Peltier-Elemente
Peltier-Elemente verwenden derzeit p- und n-Halbleiter anstelle von Metallen. Der Transfer von Elektronen von einem p-Typ-Halbleiter mit niedrigem Energieniveau zu einem n-Typ-Halbleiter mit hohem Energieniveau erfordert die Aufnahme von Energie von außen, was zu einer Wärmeabsorption und einem Temperaturabfall führt.
Wird die Richtung des Stromflusses umgekehrt, findet diesmal der Transfer der Elektronen vom höheren Energieniveau zum niedrigeren Energieniveau statt, was zu einer Wärmeerzeugung zur Freisetzung der überschüssigen Energie führt. Peltier-Elemente können daher je nach Stromflussrichtung als Kühl- oder Heizgeräte eingesetzt werden.
Die Wärmeumwandlung mit Peltier-Elementen eignet sich jedoch nicht zum Kühlen oder Heizen in großem Maßstab, da der Wirkungsgrad im Verhältnis zum Stromverbrauch nicht hoch ist. Für eine effiziente Kühlung ist es sinnvoll, Peltier-Elemente in Kombination mit Wärmeabfuhr- und Abluftmechanismen unter Verwendung von Lamellen und Lüftern einzusetzen.
Weitere Informationen über Peltier-Elemente
1. Vorteile der elektronischen Kühlung
Kühlsysteme verwenden im Allgemeinen ein Kühlgas, ein so genanntes Kältemittel, zum Wärmeaustausch. Da dieses Kältemittel zu den Treibhausgasen gehört, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf die globale Erwärmung haben, sind seine Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.
Die elektronische Kühlung mit Peltier-Elementen kommt dagegen ohne Kältemittel aus und ist daher ein Kühlsystem mit geringen Umweltauswirkungen. Außerdem benötigen Kühlsysteme, die Kältemittel verwenden, Kompressoren, die unweigerlich Lärm und Vibrationen erzeugen, während die elektronische Kühlung diese Probleme nicht hat.
2. Kühlfunktion des Bertsche-Elements
Die Kühlfunktion kann durch Ausnutzung der Eigenschaften des Peltier-Elements erreicht werden. Wenn ein Gleichstrom an ein Peltier-Element angelegt wird, wird auf der Niedertemperaturseite Wärme absorbiert und auf der Hochtemperaturseite erwärmt. Die Kühlfunktion von Peltier-Elementen macht sich dieses Phänomen zunutze.
Handelsübliche Peltierelemente sind in der Lage, bis in den negativen Temperaturbereich zu kühlen. Sie werden in Kühlboxen und zur Kühlung von Computer-CPUs eingesetzt.
3. Anwendung in tragbaren Geräten
Es wurden tragbare Geräte entwickelt, die die Eigenschaften von Peltier-Elementen nutzen. Einige der auf dem Markt befindlichen tragbaren Geräte können den Hals erwärmen oder kühlen.
Diese Geräte können erwärmt oder gekühlt werden, indem die Temperatur einer Platte gesteuert wird, die in Kontakt mit dem Nacken steht.