Peltierův článek je termoelektrický měnič , jehož princip je založen na Peltierově jevu - vzniku teplotního rozdílu při protékání elektrického proudu. V anglické literatuře se Peltierovy články označují TEC (z angl. T hermo e lectric C ooler - termoelektrický chladič).
Inverzní účinek Peltierova jevu se nazývá Seebeckův efekt .
Činnost Peltierových prvků je založena na kontaktu dvou polovodičových materiálů s různou úrovní energie elektronů ve vodivém pásmu. Když proud protéká kontaktem takových materiálů, musí elektron získat energii, aby se mohl přesunout do vyššího energetického vodivostního pásma jiného polovodiče. Když se tato energie absorbuje, kontaktní bod polovodičů se ochladí. Když proud teče opačným směrem, místo kontaktu polovodičů se kromě obvyklého tepelného efektu zahřívá.
Když se kovy dostanou do kontaktu , Peltierův jev je tak malý, že je neviditelný na pozadí jevů ohmického ohřevu a tepelného vedení. Proto se v praktických aplikacích využívá kontaktu dvou polovodičů.
Peltierův článek se skládá z jednoho nebo více párů malých polovodičových rovnoběžnostěnů - jednoho n-typu a jednoho p-typu v páru (obvykle telurid bismutitý Bi 2 Te 3 a tuhý roztok SiGe ), které jsou spojeny do párů pomocí kovových propojek. Kovové propojky slouží současně jako tepelné kontakty a jsou izolovány nevodivou fólií nebo keramickou deskou. Páry rovnoběžnostěnů jsou spojeny tak, že vzniká sériové spojení mnoha párů polovodičů s různými typy vodivosti, takže nahoře je jedna sekvence spojení (n->p) a dole - protilehlé (p->n). Elektrický proud protéká postupně všemi rovnoběžnostěny. V závislosti na směru proudu se horní kontakty ochlazují a spodní se zahřívají nebo naopak. Elektrický proud tedy přenáší teplo z jedné strany Peltierova článku na opačnou stranu a vytváří teplotní rozdíl.
Pokud chladíte topnou stranu Peltierova článku, například radiátorem a ventilátorem , pak se teplota studené strany ještě sníží. V jednostupňových článcích může být v závislosti na typu článku a velikosti proudu teplotní rozdíl až cca 70 °C.
Výhodou Peltierova prvku jsou jeho malé rozměry, absence jakýchkoliv pohyblivých částí, stejně jako plynů a kapalin. Když je směr proudu obrácen, je možné chlazení i topení – to umožňuje regulovat teplotu při okolní teplotě nad i pod teplotou regulace teploty . Další výhodou je absence hluku.
Nevýhodou Peltierova článku je nižší účinnost než u freonových kompresorových chladicích jednotek, což vede k velké spotřebě energie pro dosažení znatelného rozdílu teplot. Navzdory tomu probíhá vývoj zaměřený na zvýšení tepelné účinnosti a Peltierovy prvky jsou široce používány v technologii, protože teploty pod 0 °C lze realizovat bez jakýchkoliv dalších zařízení.
Hlavním problémem při konstrukci Peltierových článků s vysokou účinností je, že volné elektrony v látce jsou jak nositeli elektrického proudu, tak tepla. Materiál pro Peltierův článek musí mít současně dvě vzájemně se vylučující vlastnosti - dobře vede elektrický proud, ale špatně vede teplo.
V bateriích Peltierových článků [1] je možné dosáhnout většího teplotního rozdílu, ale chladicí výkon bude nižší. Pro stabilizaci teploty je lepší použít spínaný zdroj, protože to zvýší účinnost systému. Zároveň je žádoucí vyhladit zvlnění proudu - tím se zvýší účinnost prvku a případně prodlouží jeho životnost. Také provoz Peltierova prvku bude neefektivní, pokud se pokusíte stabilizovat teplotu pomocí pulzně šířkové modulace proudu.
Peltierovy články se používají v situacích, kdy je požadováno chlazení s malým rozdílem teplot nebo není důležitá energetická účinnost chladiče. Peltierovy prvky se používají například v PCR zesilovačích , malých autochladničkách, chlazených banketních vozících používaných v gastronomii, protože použití kompresorové chladicí jednotky je v tomto případě nemožné nebo nepraktické kvůli celkovým omezením, a navíc potřebné chlazení kapacita je malá.
Kromě toho se Peltierovy prvky používají k chlazení nabíjecích zařízení v digitálních fotoaparátech. Díky tomu je dosaženo znatelného snížení tepelného šumu při dlouhých expozicích (například při astrofotografii). Vícestupňové Peltierovy prvky se používají k chlazení přijímačů záření v infračervených senzorech (například v raketách protivzdušné obrany, MANPADS "Javelin", "Stinger" americké výroby atd.).
Peltierovy prvky se také často používají pro chlazení a regulaci teploty diodových laserů , aby se stabilizovala teplota emitoru a kvůli vlnové délce záření.
U spotřebičů, kde je chladicí výkon nízký, se Peltierovy články často používají jako druhý nebo třetí chladicí stupeň. To umožňuje dosáhnout teplot o 30-40 stupňů nižších než u běžných kompresních chladičů (až -80 °C u jednostupňových lednic a až -120 °C u dvoustupňových).
Někteří nadšenci používají Peltierův modul k chlazení svých procesorů, když potřebují extrémní chlazení bez dusíku. [2] [3] Před chlazením dusíkem byla tato metoda používána.
„ Peltierův generátor energie“ (správněji by to bylo „Seebeck generátor“, ale nepřesný název se usadil) - modul pro výrobu elektřiny, modul termoelektrického generátoru, zkratka GM, TGM. Tento termogenerátor se skládá ze dvou hlavních částí:
Peltierovy chladiče se také používají v chladicích zařízeních pro elektrické stejnosměrné skříně a další stejnosměrná zařízení, jakož i pro chladicí zařízení, pro která mají rozhodující význam kompaktní celkové rozměry, odolnost vůči prostorové orientaci a nedostatek údržby.