Thermoelektrische Kühltechnik

Festkörperwärmepumpen gibt es seit der Entdeckung des Peltier-Effekts im Jahr 1834. Die Geräte wurden vor einigen Jahrzehnten mit der Entwicklung fortschrittlicher Halbleiter-Thermoelementmaterialien in Kombination mit Keramiksubstraten kommerziell verfügbar. Thermoelektrische Kühler sind Festkörper-Wärmepumpen, die einen Wärmetauscher benötigen, um die Wärme unter Ausnutzung des Peltier-Effekts abzuleiten. Während des Betriebs fließt Gleichstrom durch den thermoelektrischen Kühler, um eine Wärmeübertragung und einen Temperaturunterschied zwischen den Keramiksubstraten zu erzeugen, so dass eine Seite des thermoelektrischen Kühlers kalt ist, während die andere Seite heiß ist. Ein standardmäßiger einstufiger thermoelektrischer Kühler kann Temperaturunterschiede von bis zu 70 °C erreichen.

Die geometrische Grundfläche eines thermoelektrischen Standardkühlers kann von 2 x 2 mm bis 62 x 62 mm variieren. Die geringe Größe in Verbindung mit dem geringen Gewicht macht die Thermoelektrik ideal für Anwendungen mit engen geometrischen Platzverhältnissen und geringen Gewichtsanforderungen. Herkömmliche Kühltechnologien, wie z. B. herkömmliche kompressorbasierte Systeme, sind im Vergleich zur thermoelektrischen Technologie in der Regel viel größer und schwerer.

Thermoelektrische Kühler können auch als Stromerzeuger eingesetzt werden, indem sie Abwärme in nutzbare Gleichstromleistung umwandeln. Thermoelektrische Systeme sind ideal für Anwendungen, die eine aktive Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur erfordern und eine Kühlleistung von weniger als 600 Watt benötigen. Ein Konstrukteur sollte thermoelektrische Kühler in Betracht ziehen, wenn zu den Kriterien für die Systemauslegung Faktoren wie präzise Temperaturregelung, hohe Zuverlässigkeit, kompakte Geometrie, geringes Gewicht und Umweltfreundlichkeit gehören.

Vorteile der thermoelektrischen Peltier-Kühlung

Thermoelektrische Kühler haben mehrere Vorteile gegenüber alternativen Kühltechnologien:

• Die Halbleiterkonstruktion hat keine beweglichen Teile, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt.
• Die Geräte können in jeder beliebigen Ausrichtung montiert werden.
• Thermoelektrische Peltier-Kühler können Geräte bis weit unter die Umgebungstemperatur abkühlen. Durch den Einsatz eines mehrstufigen thermoelektrischen Kühlers in einer Vakuumumgebung können kältere Temperaturen von bis zu minus 100°C erreicht werden.
• Thermoelektrische Kühler können heizen und kühlen, indem sie einfach die Polarität umkehren, wodurch sich die Richtung der Wärmeübertragung ändert. Dies ermöglicht eine sehr präzise Temperaturregelung, bei der unter stationären Bedingungen bis zu ±0,01 °C eingehalten werden können.
• Im Heizbetrieb sind thermoelektrische Kühler wesentlich effizienter als herkömmliche Widerstandsheizungen, da sie die Wärme aus der zugeführten Eingangsleistung plus der durch die Wärmepumpe erzeugten zusätzlichen Wärme erzeugen.
• Die Geräte sind umweltfreundlich, da sie kein FCKW verwenden und das elektrische Rauschen minimal ist.
• Thermoelektrische Peltier-Kühler können als Energiesammler eingesetzt werden, die Abwärme in nutzbare Gleichstromleistung umwandeln.