Θερμοηλεκτρική ψυκτική εγκατάσταση

θερμοηλ ψυξη

Μια θερμοηλεκτρική ψυκτική διάταξη ή μια αντλία θερμότητας (TEC) είναι μια

διάταξη στερεάς κατάστασης που εκμεταλλεύεται το φαινόμενο Peltier και δουλεύει

σε σύνδεση με έναν απαγωγό θερμότητας για την απομάκρυνση της θερμότητας

από το σύστημα.

Εάν εφαρμόσουμε ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα θερμοζεύγος, η θερμότητα αντλείται από

την μια επαφή στην άλλη. Η θερμοκρασία της ψυχρής επαφής θα πέσει ραγδαία

κάτω από την περιβάλλουσα θερμοκρασία κρατώντας τη θερμότητα που

μετακινείται από τη θερμή πλευρά (Εικόνα 4.6). Η βαθμίδα θερμοκρασίας θα

μεταβάλλεται ανάλογα με το μέγεθος του εφαρμοζόμενου ρεύματος. (Brooks S.M.

2006) Ένα στοιχείο θερμοηλεκτρικής ψύξης αποτελείται από ζεύγη ημιαγωγών τύπου n και

p, που είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένοι σε σειρά και θερμικά τοποθετημένοι

παράλληλα. Συνήθως, οι ημιαγωγοί είναι κολλημένοι ανάμεσα σε δύο κεραμικές

επιφά νειες, οι οποίες αποτελούν το ζεστό και το ψυχρό τμήμα του στοιχείου

θερμοηλεκτρικής ψύξης. Για την ηλεκτρική σύνδεση σε σειρά των ζευγών των

ημιαγωγών, στα κεραμικά πλακίδια τοποθετούνται αγωγοί, οι οποίοι συνδέονται με

αγωγούς σύνδεσης στα άκρα τους. Το υλικό που χρησιμοποιείται για τους

ημιαγωγούς είναι ο τελουρίτης βισμουθίου (bismuth telluride, Bi 2 Te 3 ), ο τελουρίτης

αντιμονίου (antimony telluride, Sb 2 Te 3 ) ή τα στερεά τους διαλύματα. Οι κεραμικές

επιφάνειες χρησιμοποιούνται για τη μηχανική ένωση των ημιαγωγών και τη θερμική

επαφή με τα γειτονικά αντικείμενα που ψύχονται ή θερμαίνονται. Κατά συνέπεια, το

κεραμικό υλικό θα πρέπει να έχει καλή μηχανική αντοχή και καλή θερμική

αγωγιμότητα. (S.O. Kasap )

Με την εφαρμογή τάσης στα άκρα των αγωγών σύνδεσης δημιουργείται διαφορά

θερμοκρασίας και ροή θερμότητας από την ψυχρή στη θερμή πλευρά του στοιχείου

θερμοηλεκτρικής ψύξης. Η κατανομή θερμοκρασίας από την ψυχρή μέχρι τη θερμή

πλευρά εικονίζεται στην Εικόνα 4.8, όπου μπορεί να παρατηρηθεί η αύξηση της

θερμοκρασίας στους ημιαγωγούς και η μείωσή της στα θερμικά αγώγιμα κεραμικά

πλακίδια και στους αγωγούς σύνδεσης.( S.O. Kasap) Στην περίπτωση που το θερμοηλεκτρικό στοιχείο πρέπει να λειτουργεί με μεγάλη

θερμοκρασιακή διαφορά ανάμεσα στην ψυχρή και στη θερμή πλευρά,

κατασκευάζονται διβάθμια θερμοηλεκτρικά στοιχεία (Εικόνα 4.9), τα οποία

αποτελούνται από δύο θερμικά στοιχεία ηλεκτρικά συνδεδεμένα σε σειρά. Στα

διβάθμια θερμοηλεκτρικά στοιχεία το πρώτο είναι μεγαλύτερο από το δεύτερο και η

ψυχρή πλευρά που πρώτου είναι σε θερμική επαφή με τη θερμή πλευρά του

δεύτερου. (S.O. Kasap, Brooks S.M)

Στις εμπορικές εφαρμογές τα στοιχεία θερμοηλεκτρικής ψύξης τροφοδοτούνται με

τάση 6–12 V και έχουν ψυκτική απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας 3–6 W/cm 2 .

Τα θερμοηλεκτρικά υλικά, που χρησιμοποιούνται σήμερα για την κατασκευή των

ημιαγωγών των διατιθέμενων στο εμπόριο θερμοστοιχείων, είναι συνήθως ενώσεις

Βισμούθιου Τελλουρίου (Bismuth-Telluride), που έχουν δεχθεί κατάλληλες

προσμίξεις, ώστε να παρέχουν μεμονωμένα ημιαγωγά στοιχεία τύπου –p και τύπου

– n. Ένας από τους τρόπους κατασκευής των θερμοηλεκτρικών στοιχείων είναι με τη

μέθοδο της κονιομεταλλουργίας. Κάθε μέθοδος κατασκευής έχει τα δικά της

πλεονεκτήματα. Εκτός από το Τελουρίδιο του Βισμούθιου (Bi 2 Te 3 ), υπάρχουν και

άλλα θερμοηλεκτρικά υλικά όπως το Τελουρίδιο του Μολύβδου (PbTe), Πυριτίου –

Γερμανίου (SiGe) και κράματα Βισμούθιου – Αντιμόνιου (Bi-Sb), τα οποία μπορούν

να χρησιμοποιηθούν σε συγκεκριμένες χρήσεις. (http://new-electronics.gr/peltier/002.html)

Top