Praxis

Anwendungen des Peltier-Effektes

In diesem ersten Abschnitt soll der Aufbau der Kühlmodule, wie sie in der Praxis eingesetzt werden, erklärt werden. Um eine hohe Kälteleistung zu erhalten, müssen die einzelnen Peltier-Elemente thermisch parallel und elektrisch seriell geschaltet werden. An der kalten und der warmen Seite werden je eine Keramikplatte angefügt. Keramik ist elektrisch isolierend und thermisch gut leitend. Um eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zu erreichen werden mehrere solcher Schichten aufeinander gestapelt. Da bei einer tieferen Schicht jeweils die "Peltier-" und die Joulsche Wärme der oberen abgeführt werden muss, wird jeweils eine Kühlfläche, das heisst grössere Schichten benötigt.

Peltier-Elemente haben einen schlechteren Wirkungsgrad als herkömmliche Kompressor-Kühlschränke. Nun muss der Wirkungsgrad bei der Auswahl eines Kühlsystems nicht so wichtig sein, sondern weitere Eigenschaften können entscheidend sein. Auf diese wird im folgenden Abschnitt kurz eingegangen.

Im Gegensatz zum Kompressor-Kühlschrank besitzt eine Peltier-Kühlung keine bewegten Teile. Deshalb ist diese geräuschlos und vibriert nicht. Peltier-Elemente besitzen auch kein Gasführungssystem das leck werden könnte. Zum Betrieb einer solchen Kühlung ist nur eine tiefe Betriebsspannung nötig, was beim Betrieb mit einer Autobatterie von Vorteil ist. Von grosser Bedeutung ist die äussert präzise Regulierbarkeit (Beim Kompressorkühlschrank existieren meist nur die zwei Zustände Ein oder Aus.) Peltier-Elemente kann man auch sehr klein bauen. Die Kleinsten sind so gross wie eine Bleistiftspitze und können phantastische Kühlleistungen von bis zu 40W Wärmeabtransport pro m² erreichen (Russische Firma).

Zu den häufigsten zählen transportierbare Kühlboxen. Zum Beispiel für den Transport von Medikamenten oder als Kühlfächer in Autos. Die Grösse, die tiefe Betriebsspannung und die Vibrationsfreiheit sind für diese Anwendungen die vorteilhaften Eigenschaften. Eher selten wird die Technik für grosse Kühlschränke verwendet. Vielleicht am weitesten verbreitet ist die thermoelektrische Kühlung bei der Temperaturkontrolle, vor allem in wissenschaftlichen Instrumenten, elektronischen und optoelektronischen Systemen. So ist es möglich, die Temperatur gefrierenden Wassers innerhalb des Bereiches von ± .01°C zu stabiliseren. Die Kompaktheit ist die Schlüsseleigenschaft bei der Verwendung zur Kühlung von Laser oder Infrarotdedektoren. So auch bei der Mikroprozessorkühlung in PCs. Als anderes Extrem sei die Verwendung als Klimaanlage erwähnt. So wurden solche schon in französischen Bahnwagen installiert.

Eher zu den exotischen Anwendungen zählen Autositzkühlungen, Wein- oder Bierkrug-Kühler.

Anwendungen des Seebeck-Effektes

Auch für den Seebeck-Effekt gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sehr wahrscheinlich werdet ihr diesen Effekt bei eurem Versuch selber zur Temperaturmessung nutzen.

Für die Temperaturmessung mit dem Seebeck-Effekt nimmt man Materialpaare, bei welchen die Spannungsdifferenzen über den zu messenden Bereich annähernd linear zunehmen. Mit diesen sogenannten Thermoelementen können Temperaturen bis 3300 K gemessen werden. Ihre Vorteile liegen auf der Hand: Sie sind äusserst kompakt und beinflussen so das Messobjekt kaum, reagieren rasch und sind gut zu applizieren.

Die durch den Seebeck-Effekt erzeugte Spannung wird auch zur Stromerzeugung genutzt. So zum Beispiel in der Raumfahrt. Ein sogenannter Thermogenerator (in Reihe geschaltete Materialpaare, gleich aufgebaut wie Peltier-Kühlmodule) wird in Kontakt mit einer radioaktiven Quelle gebracht, welche durch den Zerfall Wärmeenergie liefert. Auf der anderen Seite ist das Weltall mit einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt. Dieser Generator wird hauptsächlich in Satelliten eingesetzt, welche sich weit von der Sonne entfernen und so der Einsatz von Solarzellen schwierig macht.

Für den Thomson-Effekt sind uns keine Anwendungen bekannt. Die bei ihm resultierenden Spannungen und Wärmetransporte sind zu gering um von praktischem Nutzen zu sein.

URL: http://www.siteware.ch/peltier/praxis.html
Letztes Update: 25. September 1999 durch Christoph Rüegg.