Dr.Neumann Peltier-Technik

Nach seinem Endecker Jean Charles Athanase Peltier (geb. 22.Feb.1785 in Ham, Somme; gest. 27.Okt.1850 in Paris) ist der Effekt bekannt, bei dem ein elektrischer Stromfluß unter bestimmten Bedingungen eine Temperaturdifferenz zwischen zwei metallischen Leitern hervorruft. Die Endeckung der thermoelektrischen Effekte fällt in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts. Es war Thomas Johann Seebeck, der 1822 folgendes, nach ihm benannte Phänomen (Seebeck- Effekt) beobachtete: Bildet man eine geschlossene Leiterschleife aus zwei verschiedenen metallischen Leitern und herrscht zwischen den so entstehenden zwei Berührungspunkten der beiden Materialien eine Temperaturdifferenz, so fließt in der Leiterschleife ein Kreisstrom. Die heutigen Thermoelemente sind demonstrative Beispiele dafür. Den umgekehrten Effekt (Erzeugung einer Temperaturdifferenz durch einen elektrischen Stromfluss) entdeckte Peltier im Jahre 1834 (Peltier-Effekt).

Um den Peltier-Effekt wirtschaftlich nutzbar zu machen, verwendet man heute für den Aufbau eines Peltierelements nicht mehr zwei verschiedene Metalle. Die entstehende Temperaturdifferenz liegt hier unter 1 K. Vielmehr ersetzt man ein Metall durch einen n-dotierten Halbleiter (die elektrische Leitung erfolgt durch negativ geladene Elektronen) und das andere durch einen p-dotierten Halbleiter (die elektrische Leitung erfolgt durch positiv geladene Löcher). Eine Kupferbrücke verbindet die beiden Halbleiter-Schenkel. Schickt man Gleichstrom in der eingezeichneten Richtung durch das Peltierelement, so kühlt sich die Kupferbrücke, welche die beiden Elemente verbindet, ab. Die beiden, ebenfalls aus Kupfer bestehenden Anschlussbrücken erwärmen sich. Anders ausgedrückt heißt dies, es findet ein stetiger Wärmetransport von der oberen Kupferbrücke zu den unteren Kupferbrücken statt.

Um für die technische Anwendung zweckmäßige Peltierblöcke zu erhalten, fügt man die einzelnen Peltierelemente mäanderförmig aneinander. Die zu einem Peltierblock vereinigten Peltierelemente sind also elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet. Die Peltierblöcke ihrerseits kann man nun elektrisch in Reihe bzw. parallel schalten, wenn große Kühlflächen benötigt werden. Für den Anwender stellt sich anfangs die Frage nach den Unterschieden und Gemeinsamkeiten von konventionellen Kompressoranlagen und Peltierkühlern, um Vor- und Nachteile abwägen zu können. Bei beiden Kühlsystemen findet ein Wärmefluss von einem kalten zu einem warmen Reservoir statt. Bei der Kompressoranlage übernimmt den Wärmetransport eine Kühlflüssigkeit, die vom Kompressor komprimiert und durch das System transportiert wird. Im Peltierkühler entspricht der elektrische Strom der Kühlflüssigkeit des Kompressors, die Gleichspannungsquelle dem Kompressor.

Obwohl die Peltierkälteerzeuger preislich höher liegen als konventionelle Kompressoranlagen, gibt es doch eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, die nur mit Peltierkühlbausteinen gelöst werden können. Ganz besonders hervorzuheben ist einmal die Miniaturkühlung, bei der es nur auf kleine Kälteleistungen ankommt. Ein wesentlich wichtigerer Faktor ist aber die Eigenschaft der Peltierblöcke, dass sie elektrisch regelbar sind und somit zu Regelgenauigkeiten in der Temperaturtechnik führen, die man mittels Kompressorkühlung nicht erreichen kann. Ein weiterer Vorteil der Peltierkühlung/Peltierheizung ist es, dass sie leicht umkehrbar ist. Durch einfaches Umpolen der Gleichspannung kann dort Wärme erzeugt werden, wo zuerst Kälte entstand und umgekehrt. Die Einsatzmöglichkeiten mehren sich, wo mit möglichst kleinen Baueinheiten nicht nur Kälte, sondern auch Wärme erzeugt werden soll, bzw. wo ein ständiger Kühlen-Heizen-Kühlen-Wechsel gefragt ist.