Was ist ein Peltier-Kühlaggregat?
Ein Peltier-Kühlaggregat ist eine Gruppe von Geräten, die Peltier-Elemente verwenden, um einem Produkt eine Kühlfunktion zu verleihen.
Der Peltier-Effekt bezieht sich auf die Erwärmungs- und Abkühlungsphänomene, die auftreten, wenn ein Gleichstrom zwischen zwei verschiedenen Metallen fließt, und ist nach dem französischen Physiker Jean-Charles Athanase Peltier benannt, der dieses Phänomen 1834 entdeckte.
Anwendungen von Peltier-Kühlaggregaten
Peltier-Kühlaggregate werden in Kühlsystemen eingesetzt, die sich den Peltier-Effekt zunutze machen. Beispiele hierfür sind Kühl-/Wärmeboxen in Autos, kleine Kühlräume in Hotelzimmern, medizinische Kühlschränke und CPU-Kühlgeräte in Personalcomputern.
Allgemeine Kühlschränke erzielen ihre Kühlwirkung durch die Funktionsweise der Verdampfungswärme unter Verwendung eines Kältemittels und eines Kompressors. Peltier-Kühlaggregate haben eine geringere Kühlleistung als Geräte, die mit Verdampfungswärme arbeiten, aber da es keine antreibenden Teile gibt, sind sie sehr leise und erzeugen keine Vibrationen.
Es gibt keine Frostbildung und die gesamte Einheit kann kompakt gebaut werden. Peltier-Kühlaggregate werden daher in Produkten eingesetzt, die die oben genannten Vorteile nutzen können.
Funktionsweise der Peltier-Kühlaggregate
Peltier-Kühlaggregate sind Kühlgeräte, die den Peltier-Effekt nutzen. Die Funktionsweise des Peltier-Effekts besteht darin, dass beim Anlegen eines Gleichstroms zwischen zwei verschiedenen Metallen ein endothermes und ein exothermes Phänomen an der Verbindungsstelle der beiden Metalle auftritt. Wenn die Stromrichtung geändert wird, kehren sich die endothermen und exothermen Phänomene um.
Ein Peltier-Element verursacht diesen Effekt, und ein Peltier-Kühlaggregat ist die Kombination aus dem Peltier-Element und dem Gerät, das das Peltier-Element mit Strom versorgt. Das aktuelle Peltier-Element besteht nicht aus zwei Metallen, sondern aus einem n-Typ-Halbleiter, einem Metall und einem p-Typ-Halbleiter, die zwischen zwei Substraten, z. B. Keramik, eingeschlossen sind, um eine wärmeabsorbierende und eine wärmeerzeugende Fläche zu schaffen.
Ein n-Typ-Halbleiter ist ein reiner Siliziumkristall mit einem Überschuss an Elektronen aufgrund von Verunreinigungen, während ein p-Typ-Halbleiter das Gegenteil ist, bei dem Verunreinigungen Löcher erzeugt haben und ein Mangel an Elektronen herrscht. Der Elektronenüberschuss bzw. -mangel ermöglicht es den freien Elektronen, sich zu bewegen, wenn eine Spannung angelegt wird, was zu einem Stromfluss führt.
Peltier-Elemente kühlen zwar, haben aber auch eine wärmeerzeugende Oberfläche. Diese wärmeerzeugenden Flächen müssen mit Hilfe von Kühlkörpern oder Lüftern abgeführt werden.
Auswahl eines Peltier-Kühlaggregats
Peltier-Kühlaggregate müssen mit der entsprechenden Kühlleistung ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Geräte den gewünschten Kühleffekt erzielen. Im Katalog der Peltier-Kühlaggregate werden Angaben zur Kühlleistung und zur maximalen Temperaturdifferenz gemacht. Die Kühlleistung ist die Wärmemenge, die gekühlt werden kann, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Raumtemperatur und der Temperatur im Inneren des Kühlgeräts gleich ist.
Sie wird in Watt (W) angegeben. Die Wärmemenge, die in die Kühlkammer eindringen kann, lässt sich aus der Oberfläche der auszulegenden Kühlkammer, der Wärmeleitfähigkeit des als Isolierung in den Wänden verwendeten Materials, der Dicke der Isolierung und dem Temperaturunterschied zwischen der Betriebsumgebung und der Kühlkammer berechnen. Die Kühlleistung des Peltier-Kühlaggregates muss diese in die Kühlkammer eintretende Wärmemenge übersteigen.
Die maximale Temperaturdifferenz ist die maximale Temperaturdifferenz, die in der Kühlkammer gegenüber der Raumtemperatur ohne Wärmebelastung erzeugt werden kann. Es muss ein Kühlgerät mit einer maximalen Temperaturdifferenz gewählt werden, die größer ist als die Differenz zwischen der Temperatur der Umgebung, in der das Gerät eingesetzt wird, und der Temperatur im Kühlraum. Peltier-Kühlaggregate werden auf der Grundlage von Daten über die Kühlleistung und die maximale Temperaturdifferenz ausgewählt, wobei zu beachten ist, dass die Kühlleistung je nach Betriebsumgebung stark variiert.
Weitere Informationen zu Peltier-Kühlaggregaten
Vorteile von Peltier-Kühlaggregaten
Der Peltier-Effekt hat die folgenden fünf Vorteile gegenüber Kühlsystemen mit Kältemitteln und Kompressoren:
- Äußerst geräuscharm
- Es werden keine Vibrationen erzeugt
- Keine Frostbildung
- Die Anlage ist kompakt
- Umweltfreundlich, da kein Freon-Gas verwendet wird