Zjawisko to nazywane jest efektem Peltiera a strumień ciepła, nazywany ciepłem Peltiera. Budowa termoelementu wykorzystuje zjawisko Seebecka, które polega na tym, że jeżeli w otwartym obwodzie złożonym z dwóch różnorodnych przewodników utrzymywać spoiny w różnych temperaturach, to w obwodzie tym powstaje siła termoelektromo-toryczna, a przy jego zamknięciu płynie prąd.
Obwód taki w technice chłodniczej nosi nazwę termoelementu, a w technice cieplnej - termopary. Czy takie zależności zrewolucjonizują rynek klimatyzacji w najbliższych latach? Zacznijmy od początku.
W przewodnikach, jak wiadomo występują dwa typy przewodności: elektronowa i dziurowa. Jeżeli obwód składa się z elementów o jednakowym typie przewodności, wówczas występujące w nich siły termoelektryczne posiadają przeciwne zwroty. Dlatego termoelementy tworzy się z użyciem materiałów o różnej przewodności: elektronowej i dziurawej. W ten sposób każda para p-n składa się z dwóch półelementów: typu „p" i typu „n", które nazywają się także gałęziami termoelementu. Gałęzie są połączone mostkami łączącymi, zwykle wykonanymi z miedzi.
W przewodnikach, jak wiadomo występują dwa typy przewodności: elektronowa i dziurowa. Jeżeli obwód składa się z elementów o jednakowym typie przewodności, wówczas występujące w nich siły termoelektryczne posiadają przeciwne zwroty. Dlatego termoelementy tworzy się z użyciem materiałów o różnej przewodności: elektronowej i dziurawej. W ten sposób każda para p-n składa się z dwóch półelementów: typu „p" i typu „n", które nazywają się także gałęziami termoelementu. Gałęzie są połączone mostkami łączącymi, zwykle wykonanymi z miedzi.
Oprócz tego w termoelementach wykorzystuje się efekt Thomsona, który mówi o tym, że że przy przepływie prądu stałego przez przewodnik lub półprzewodnik, w którym już istnieje gradient temperatury, w uzupełnieniu do ciepła Joule'a wydziela się, bądź jest pochłaniana pewna ilość ciepła, nazywana ciepłem Thomsona. Wiąże się to z tym, że energia elektronów swobodnych zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. W przypadku metali i materiałów o mieszanym typie przewodności, które wykorzystuje się w termoelementach, efekt Thomsona jest tak niewielki, że można go nie uwzględniać w obliczeniach.
Do zalet chłodzenia termoelektrycznego można zaliczyć:
- brak czynnika chłodniczego i oleju smarnego;
- brak podzespołów pracujących pod ciśnieniem;
- brak części ruchomych i cicha praca (z wyjątkiem konstrukcji z wymuszonym nadmuchem powietrza za pomocą wentylatora);
- mniejsza masa i rozmiary przy tej samej wydajności chłodniczej;
- możliwość zasilania prądem stałym i zmiennym (za pośrednictwem przetwornika);
- możliwość pracy rewersyjnej, czyli szybkiego i łatwego przejścia z trybu chłodzenia w tryb ogrzewania i odwrotnie (poprzez zmianę biegunowości prądu zasilającego);
- wysoka dokładność utrzymywania i regulowania temperatury;
- brak bezwładności (proces chłodzenia rozpoczyna się niezwłocznie po włączeniu zasilania);
- niska wrażliwość na wstrząsy i drgania, możliwość pracy bez zmiany parametrów przy dowolnej orientacji w przestrzeni, jak również w próżni i pod wysokim ciśnieniem;
- brak obsługi podczas pracy;
- wysoka niezawodność;
- większość chłodziarek termoelektrycznych wytrzymuje przeciążenia prądowe i napięciowe: krótkotrwałe;
- konstrukcyjna prostota i elastyczność, w tym możliwość dopasowania kształtu agregatu termoelektrycznego do formy chłodzonego obiektu;
- możliwość miniaturyzacji;
- wysoka podatność remontowa większości urządzeń termoelektrycznych.
Jak nietrudno zauważyć, powyższe zestawienie obejmuje zalety zarówno samego sposobu chłodzenia, jak i rzeczywistych konstrukcji chłodziarek termoelektrycznych. Oznacza to, że poszczególne wymienione własności mogą w konkretnym urządzeniu nie wystąpić w pełnym zakresie. Przykładowo, w konstrukcjach klimatyzatorów termoelektrycznych dużej mocy, zawierających ponad 100 modułów, istnieje problem ich niezawodności z powodu dużej ilości podzespołów oraz ich połączeń cieplnych i elektrycznych. I odwrotnie, inne konstrukcje urządzeń termoelektrycz¬nych mogą posiadać dodatkowe zalety, związane na przykład ze specyfiką ich zastosowania.
Do niedostatków chłodzenia termoelektrycznego należy zaliczyć:
- niską efektywność energetyczną w trybie chłodzenia;
- ograniczenie zastosowania w zakresie wydajności chłodniczych powyżej 1kW, co jest podyktowane w głównej mierze względami ekonomicznymi;
- konieczność wykorzystania przetwornika prądu zmiennego w prąd stały oraz wrażliwość na pulsacje napięcia.
Jak nie trudno zauważyć takie rozwiązania mogą się stać (i na pewno staną w niedługiej przyszłości) poważną alternatywą dla standardowych urządzeń klimatyzacyjnych. Ciągłe prace nad zwiększeniem wydajności i poprawieniem parametrów chlodniczych elementów termolektrycznych pozwolą na wykorzystanie ich w standardowej ofercie klimatyzacji dla obiektów.
