Termoelektrik teknolojisi, Peltier etkisine dayanan aktif bir termal yönetim tekniğidir. 1834 yılında JCA Peltier tarafından keşfedilen bu olgu, iki termoelektrik malzemenin (bizmut ve tellür) birleşiminin, birleşimden akım geçirilerek ısıtılması veya soğutulmasını içerir. Çalışma sırasında, TEC modülünden doğru akım geçer ve bu da ısının bir taraftan diğerine aktarılmasına neden olur. Soğuk ve sıcak bir taraf oluşturur. Akımın yönü tersine çevrilirse, soğuk ve sıcak taraflar değişir. Soğutma gücü de çalışma akımı değiştirilerek ayarlanabilir. Tipik bir tek kademeli soğutucu (Şekil 1), seramik plakalar arasında p ve n tipi yarı iletken malzeme (bizmut, tellür) bulunan iki seramik plakadan oluşur. Yarı iletken malzemenin elemanları elektriksel olarak seri, termal olarak paralel bağlanır.
Termoelektrik soğutma modülü, Peltier cihazı ve TEC modülleri, bir tür katı hal termal enerji pompası olarak düşünülebilir ve gerçek ağırlığı, boyutu ve reaksiyon hızı nedeniyle, yerleşik soğutma sistemlerinin bir parçası olarak kullanılmaya oldukça uygundur (yer kısıtlaması nedeniyle). Sessiz çalışma, kırılmazlık, darbeye dayanıklılık, daha uzun kullanım ömrü ve kolay bakım gibi avantajlarıyla modern termoelektrik soğutma modülü, Peltier cihazı ve TEC modülleri, askeri teçhizat, havacılık, uzay, tıbbi tedavi, salgın önleme, deneysel cihazlar, tüketici ürünleri (su soğutucu, araç soğutucu, otel buzdolabı, şarap soğutucu, kişisel mini soğutucu, soğutma ve ısıtma uyku pedi vb.) alanlarında geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Günümüzde, düşük ağırlığı, küçük boyutu veya kapasitesi ve düşük maliyeti nedeniyle termoelektrik soğutma, tıbbi, farmasötik ekipman, havacılık, uzay, askeri, spektroskopi sistemleri ve ticari ürünlerde (sıcak ve soğuk su sebili, taşınabilir buzdolapları, araç soğutucu vb.) yaygın olarak kullanılmaktadır.
Parametreler | |
I | TEC modülüne giden çalışma akımı (Amper cinsinden) |
Imaksimum | Maksimum sıcaklık farkını oluşturan Çalışma Akımı △Tmaksimum(Amper cinsinden) |
Qc | TEC'in soğuk taraf yüzeyinden emilebilen ısı miktarı (Watt cinsinden) |
Qmaksimum | Soğuk tarafta emilebilecek maksimum ısı miktarı. Bu, I = I olduğunda gerçekleşir.maksimumve Delta T = 0 olduğunda (Watt cinsinden) |
Tsıcak | TEC modülü çalışırken sıcak taraf yüzünün sıcaklığı (°C cinsinden) |
Tsoğuk | TEC modülü çalışırken soğuk taraf yüzünün sıcaklığı (°C cinsinden) |
△T | Sıcak taraf ile (T) arasındaki sıcaklık farkıh) ve soğuk taraf (Tc). Delta T = Th-Tc(°C cinsinden) |
△Tmaksimum | Bir TEC modülünün sıcak taraf (T) ile sıcak taraf (T) arasında elde edebileceği maksimum sıcaklık farkıh) ve soğuk taraf (Tc). Bu, (Maksimum soğutma kapasitesi) I = I olduğunda meydana gelirmaksimumve Qc= 0. (°C cinsinden) |
Umaksimum | I = I'daki gerilim beslemesimaksimum(Volt cinsinden) |
ε | TEC modül soğutma verimliliği ( %) |
α | Termoelektrik malzemenin Seebeck katsayısı (V/°C) |
σ | Termoelektrik malzemenin elektrik katsayısı (1/cm·ohm) |
κ | Termoelektrik malzemenin termal iletkenliği (W/CM·°C) |
N | Termoelektrik eleman sayısı |
Iεmaksimum | TEC modülünün sıcak tarafı ve eski tarafı sıcaklığı belirli bir değere ulaştığında ve Maksimum verim (Amper cinsinden) elde edilmesi gerektiğinde bağlanan akım |
Uygulama Formüllerinin TEC modülüne tanıtımı
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(TH- TC) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(TH- TC)]
ε = Qc/Kullanıcı Arayüzü
QH= Qc + IU
△Tmaksimum= TH+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imaksimum =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmaksimum =ασS (TH- TC) / L (√1+0.5σα²(546+ TH- TC)/ κ-1)