TERMOELEKTRİK
SOĞUTUCULAR
(TEC)
Termoelektrik Soğutucuların
Avantajları
•
Kompresörlü soğutuculara alternatif
•
Hareketli parça içermez
•
Sessiz
•
Uzun ömürlü
•
Bakım gerektirmez
Kompresörlü Soğutma
•
Sıcak eleman (yoğuşturucu = condenser)
•
Soğuk eleman (buharlaştırıcı = evaporator)
•
Aktarma ortamı (freon vb. gaz)
•
Pompa (kompresör)
•
Basınç altında sıvılaşan gazın buharlaşma/yoğuşma ısısı
Termoelektrik Soğutma
•
Sıcak eleman (modül sıcak yüzeyi)
•
Soğuk eleman (modül soğuk yüzeyi)
•
Aktarma ortamı (elektronlar)
•
Pompa (DC gerilim)
•
Hareket eden elektronların kinetik enerjisi
Termoelektrik Eleman
•
Yüksek katkılı yarı-iletken malzeme, iki metal plaka arasına
preslenir
•
Plakalar, sıcak ve soğuk yüzeyleri meydana getirir
•
DC kaynaktan beslenen bir TEC elemanı, en küçük soğutucuyu
oluşturur
•
Yarı-iletken olarak Bi2Te3, PbTe, SiGe ya da BiSb kullanılır.
•
Bi2Te3, yüksek termoelektrik verimi ve uygun sıcaklık aralığı
nedeniyle tercih edilmektedir
Yarı-iletken Malzeme Verimi
TEC Soğutma Sistemi
•
Modül soğuk yüzeyi, soğutulacak nesneye bağlanır
•
Sıcak yüzey, pasif soğutma ile soğutulur
•
Bağlantı elemanlarının ısıl direnci verimi düşürür :
•
Soğutulan nesne ile ortam arasındaki sıcaklık farkı, modülün
yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkından daha düşüktür !
•
Isı iletiminde, özellikle pasif soğutma uygulanan sıcak yüzeyde ısıl
direnç küçük seçilmelidir
Modül Yapısı
•
Yanal plaka olarak metal kaplı seramik kullanılır
•
Böylece ısıl iletkenlik, elektriksel yalıtkanlık ve
mekanik mukavemet sağlanır
•
Çalışma esnasında sıcak yüzey genleşirken soğuk
yüzey büzülür
•
Oluşan termal kökenli mekanik gerilim, kırılgan
yapıya zarar verebilir
•
Modül boyutu küçük tutulur : 40x40x5 mm.
TEC Modülü ve Isı Aktarımı
P-N Çifti
•
Bağlantı kolaylığı için P ve N tipi elemanlar ardışık olarak
kullanılır
•
Elektrik akımı zikzak çizerken, ısı akım yönü aynı kalır
Modül Yapısı
Termoelektriğin Tarihçesi
Seebeck Deneyi
•
1821 yılında Thomas Seebeck tarafından yapılmıştır
•
Termoelektrik çiftlerinin (TC) doğuşunu sağlamıştır
•
Birleşme noktalarındaki sıcaklık farkı, gerilim üretir
Peltier Deneyi
•
1834 yılında Jean Peltier tarafından yapılmıştır
•
Termoelektrik soğutucuların altyapısını hazırlamıştır
•
Akım, birleşme noktaları arasında ısı akışı sağlar
Kelvin
•
1850’lerde Lord Kelvin, Seebeck ve Peltier deneylerini birleştirip
termoelektrik teorisini geliştirmiştir.
•
Termoelektrik etkinin çift yönlü (reversible) olduğu anlaşılmıştır
•
Pratiğe yönelik ilk çalışmalar 1930’larda Rus bilim adamları
tarafından başlatılmıştır.
•
1960’larda ilk TEC modülleri piyasaya çıkmıştır
Isı Aktarım Türleri
•
Havadan - Havaya
•
Sudan - Havaya
•
Havadan - Suya
•
Sudan - Suya
•
Soğuk Plaka
Havadan - Havaya
•
Kanatlı alüminyum profiller
•
Fan yardımıyla ısı aktarımı
•
Açık/kapalı hacim soğutma
•
Mini buzdolabı
Havadan - Havaya Soğutucu
Elektronik Kontrollü
Mini-buzdolabı Soğutucu
Soğuk Plaka
•
Yüzey doğrudan metal plakaya bağlanır
•
Yüzey soğutma : Metal kazanlı içecek soğutucu
•
Mikro-soğutma : CPU, CCD, lazer diyotu
•
10-25°C sıcaklık kaybı
Soğuk Plakalı Soğutucu
Hava - Soğuk Plaka
Su - Soğuk Plaka
Dört Kanatlı
Soğuk Plaka Soğutucu
Sudan - Suya
Çok Katlı Modüller
•
Birinin sıcak yüzeyi, diğerinin soğuk yüzeyine dokunur
•
Isıl seri bağlantı
•
Tek katta 65-70°C
•
Çift katta 85-90°C
•
Üç katta 110°C
•
Düşük verim
•
Düşük güç
Termoelektrik Isıtma
•
Isı iletim yönü, elektrik akımının yönüne bağlıdır
•
Uygulanan gerilimin polaritesi değiştirilince (+/-), sıcak
ve soğuk yüzeyler de değişmiş olur
•
Modülü ve sistemi değiştirmeden, sadece tek bir
anahtarla ısıtma/soğutma bir aradadır
•
“Dört mevsim klima” ile benzeşir
•
Isıtmalı buzdolapları
•
Yüksek verim
Kullanım Alanları
•
Elektronik
•
Elektro-optik
•
Fizik
•
Kimya
•
Biyomedikal
Elektronik
•
Güç elemanı (tranzistör, tristör vb.)
•
Düşük gürültülü yükselteç
•
Lazer diyotu (veri anahtarlama, tarayıcılar, ataletsel güdüm
sistemleri)
Elektro-optik
•
Kızılötesi (IR) algılayıcılar (aktif gece görüş ve termal
güdüm sistemleri)
•
CCD kameralar (askeri ve uzay)
•
Foto-yükselteçler (pasif gece görüş)
•
Kolimatör ve siyah cisim referansı
•
Vidikon tüpleri
Fizik
•
Kalorimetre
•
Isıl şartlandırma hücresi
•
Nem gidericiler
•
Yoğuşma tipi nemölçer
•
Buz (donma noktası) referansı
•
Kalibrasyon banyosu
Kimya
•
Elektroforez hücresi soğutması
•
Isı bataryası (termo-pil)
Biyomedikal
•
DNA analizi
•
Kan tahlili
•
Tıbbi tanı cihazları
Biyomedikal Sıvı Soğutma
Diğer
•
Taşınabilir buzdolapları
•
Bardak soğutucular
•
Daldırma ve karıştırma tipi sıvı soğutucular
•
Cihaz içi iklimlendirme
Oto-buzdolabı Örnekleri
Kabin İçi İklimlendirme
Avantajları
•
Hareketli parça içermez, sessizdir
•
Küçük ve hafif
•
Kolay ısıtma/soğutma
•
0.1°C hassasiyetle sıcaklık kontrolü
•
Uzun ömürlüdür, bakım gerektirmez
•
Her pozisyonda ve yerçekimsiz ortamda çalışabilir
•
Soğutulacak yüzeye doğrudan bağlanabilir
•
Nokta soğutma yapabilir
•
Doğaya zarar vermez
Dezavantajları
•
Düşük verim (COPC = % 50; kompresörlü soğutucularda %
400)
•
Fazla ısı üretir
•
Fan gerektirir (gürültü + hareketli parça, bakım ömrü)
•
Fan arızası durumunda soğutma gücünün 2 katı ısınmaya sebep
olur !
•
DC besleme gerektirir
•
Pahalıdır
•
Yüksek soğutma güçleri için uygun değildir
Download

TERMOELEKTRİK SOĞUTUCULAR (TEC)