Egy mindenre kiterjedő cikksorozat kezdődik!!!

A most készülő cikksorozatban a peltier elemek rejtelmeivel ismerkedhetünk meg. Ezek kidolgozásában és a teszt alkatrészek biztosításában a Datapress nyújtott hatalmas segítséget. Elsősorban a Supercool termékeit forgalmazzák, így nem csak peltier elemeket, hanem azok kiegészítőit is megtaláljuk náluk. (Az összes fotóval rendelkező peltier elem a segítségükkel kerülhetett erre az oldalra). Íme az első rész:

Egyre gyakrabban kerül elő az a szó, hogy peltier elem, de mi is ez valójában? Ha két különböző fémet összeérintünk, akkor elektromos jelenség játszódik le, ezeknek az alcsoportjába tartoznak a termoelektomos jelenségek. Ezek közül legtöbben a Thomas Johan Seebeck által felfedezett és Seebeck effektusnak elnevezett "effektust" ismerik. Itt arról van szó, hogy a különböző fémek elektronjainak más és más a kilépési munkája. A fémek összeérintésénél a kisebb kilépési munkájú fémből az elektronok átvándorolnak a nagyobb kilépési munkával rendelkezőbe. Ekkor a két fém között termoelektromos feszültség lép fel, ami rendszerint igen kicsi, a hétköznapi életben alig tapasztaljuk. A keletkezett feszültség csak a két fém típusától és két fém közötti hőmérséklet különbségtől függ.

És most kell nagyon figyelni, hiszen eddig csak anyagokról volt szó és hipp-hopp előkerült a hőmérséklet! Létrehoztak egy táblázatot, amiben a különböző fémpárosításokhoz megállapítottak egy úgynevezett Seebeck állandót. Ez általában nagyságrendileg néhányszor tíz Volt/Celsius nagyságú. A mértékegységből is kiolvashatjuk, hogy ha növeljük a hőmérsékletet, akkor annak megfelelően nő a két fém között fellépő feszültségkülönbség. Ahhoz, hogy egy 1.5 Voltos, ceruzaelemnek megfelelő feszültséget kapjunk egy ilyen fémpárosítással hozzávetőlegesen 30000 fokos hőmérsékletkülönbségre lenne szükség, ami kb. a Nap hőmérsékletének ötszöröse, vagyis ezt aligha lehetne megoldani.

De ez a módszer kiválóan alkalmas termoelemek készítésére. Gondolom eddig világos a háttér, vagyis pusztán arra a fizikai jelenségre kell felfigyelnünk, hogy ha fémek érintkeznek, akkor ott feszültség is keletkezik. És most jön a titok nyitja, hogy miért hűt a peltier elem. Ugyanis tegyük fel, hogy valaki rövidrezárja ez a pici keletkezett feszültséget. Ekkor áram kezd folyni, mint minden fémnek van ellenállása (szupravezetőket hanyagoljuk), ezért a folyamat hőtermeléssel jár, így ez az előbb leírtak (termoelem) alapján hőmérséklet különbséget idéz elő. Ennek eredményeként, ha a nagyobb kilépési munkával rendelkező fémet mondjuk szobahőmérsékleten tartjuk, akkor a másik szépen lehűl. Vagyis az eljárás alkalmas hűtésre, igaz még némi módosítás is szükséges. Mindez ezért szükséges, mert a veszteségek olyan nagyok, hogy ha azokat külső forrásból nem pótolnánk, akkor nem éreznénk az egészből semmit. Tehát ezért van elektromos kivezetése a peltier elemnek.

Erre a célra különböző fémátmeneteket hoztak létre, ezek azzal a speciális tulajdonsággal rendelkeznek, hogy az előbb leírt effektus sokkal számottevőbb, nem úgy mint a hétköznapokban használt fémeknél. Ilyen pl. ZnSb, PbTe, BpSe stb. sőt ezeket még a félvezető technikában használt eljárásokkal n vagy p típusúra adalékolják. Itt arról van szó, hogy olyan atomokat "építenek" be, melyek vagy eggyel több, vagy eggyel kevesebb elektronnal rendelkeznek, mint az adott anyag. Ha több az elektron n típusú, ha kevesebb, akkor p típusú lesz. De ez csak egy technológiai trükk, a célja annyi, hogy a jelenségeket minél nagyobb volumenben tudjuk hasznosítani.

A peltier elem elektromos kivezetéseire, ha feszültséget kapcsolunk, akkor egy hőszivattyút kapunk, így hűtést tudunk megvalósítani. Ez igen széleskörű felhasználással rendelkezik, tehát nem csak a processzorokat tuningolni vágyok vásárolják. A Datapress beszámolója szerint CCD kamerák hűtésére, alacsony zajú erősítők készítésére de akár hűtőszekrény építésére is fel lehet használni. Általánosan azt mondhatjuk, hogy a félvezetők hűtése tesz ki az alkalmazások 90%-át.

Sajnos egy ilyen fém átmenet hűtőteljesítmény nagyon kics, de rájöttek arra, hogy ha sokat sorbakötnek, akkor ennek arányában mindez fokozható. Ezért akár 200 ilyen kis hűtőelemet is sorba szoktak kötni, így egy hűtőmodult kapunk. Ezzel nagyobb hőmérsékletkülönbséget tudunk elérni. Sőtt ha két ilyen modult egymás tetejére teszül, akkor akár 100 fok feletti hőmérsékletkülönbség is magvalósítható. (Pl. a nemsokára bemutatásrakerülő Datapress-es 3 lépcsős is ilyen és gondoljunk csak bele, ha szobahőmérsékletű az egyik fele, akkor -80 fokos hőmérsékletet is elérhetük.) Ráadásul a folyamat meglehetősen gyorsan érezteti a htását, tehát nem kell sokat várnunk a "hideg megjelenésére".

Igazából egy pelter elemet áramgenerátorral kellene táplálni, azaz azt biztosítani, hogy időben állandó áram follyon át rajta, ekkor érhetjük el a legnagyobb hűtőteljesítményt. De egy nagyáramú áramgenerátor nem olyan egyszerű, mint egy normál feszültségforrás, ezért sokszor csak a névleges feszültségre kapcsolják és lesz ami lesz alapon felvesz valamekkora áramot. A gyártók olyan feszültség adatot adnak meg, hogy a hűtőelem semmilyen körülmények között ne vehessen fel akkora áramot, hogy az kárt okozhasson.

Ez a gyakorlati oldalról úgy néz ki, hogy a bekapcsolás után szép lassan kb. 10 percig csökken valamelyest az áramfelvétel és beáll kb. a néveleges áram kb. 90%-ra. Mint említettem nagyobb problémát jelent egy megfelelő áramgenerátor, mintsem az a 10% pluszban jelentene, így inkább lemondunk erről és marad a "mezei" feszültségforrás.

Fontos megjegyezni, hogy egyenfeszültséget igényel egy ilyen hűtőelem, váltakozó feszültséggel táplálva gyorsan tönkremegy. Ezt azért lényeges, mert a modul nagy áramfelvétele miatt sokszor transzformátor biztosítja az energiaellátást a kapcsoló üzemű (pl. PC táp) táppal szemben. De egy úgynevezett egyenirányító híddal már majdnem egyenáramot kapunk. Ha még egy nagy kondenzátort is rákapcsolunk, akkor az már megfelelő táplálást biztosít.

Minden peltier elemhez tartozik egy optimális áram, ahol a hűtőképességének a maximumát nyújtja. (Ezt adják meg maximális adatnak a gyártók.) E felett még nem megy azonnal tönkre az eszköz, de a hűtőteljesítmény nem fog nőni, sőt ellenkezőleg leromlik a belső termikus csatolások miatt. Egy ilyen hűtőmodul hatásfoka hozzávetőlegesen 40-50%, tehát a befektetett energia kevesebb mint fele áll majd rendelkezésünkre mint hűtőteljesítmény.

Kevesen tudják de a peltier elem egyben energiaforrás is. Mert nem szabad elfeledkezni arról, amit a cikk elején írtam, hogy ez egy termoelem, aminek az az alapja, ha két különböző hőmérsékletű fémet összeérintünk, akkor feszültség keletkezik. Tehát nincs más dolgunk mint az egyik oldalát melegíteni, a másikat pl. szobahőmérsékleten tartani és a kivezetésein máris feszültséget mérhetünk. Mivel a konstrukció során mindent megtesznek a gyártók, hogy javuljon a hűtés, ezért ha energiát szeretnék vele termelni, akkor ez előnyös, mert ez a hatásfokot itt is javítja.

Már korábban kipróbáltam, hogy ha egy fekete lemezre fémlemezre ráhelyezem és másik oldalára egy hűtűborda kerül és mindezt kiteszem a napra, akkor a fekete lemez annyira felmelegszik, hogy bátorság kell megfogni. Ilyen viszonyok mellett már egy kis teljesítményű hűtőelem is annyi energiát tudott szolgáltatni, hogy a szobában az MP3 lejátszó simán üzemelt.

És végül egy kép a peltier elemekről:

Mint látható, van kisebb, nagyobb, emeletes... Érdemes azt még tudni, hogy egy peltier egyik oldala nagyon melegszik (erről a következő cikkben lesz szó). Ezt nagyon hatékonyan kell hűteni, egy ma kapható proci CPU hűtőborda sem lenne képes annyira hűteni egy processzor tuninghoz használt modult, hogy az működőképes legyen. Most csupán azt szeretném kiemelni, hogy minél nagyobb a felülete az eszköznek annál könnyebb hűteni, hiszen nagyobb tér áll rendelkezésre, hogy a keletkezett hőt elvigyük.

Nemsokára jön a szerintem sokkal érdekesebb következő rész, a méretező programtól kezdve a gyakorlati felhasználásig minden előkerül. Sőt az extrém sortokat kedvelőknek elárulom, hogy egy igen brutális peltier elemes hűtéssel rendelkező gép van készülőben (ennek az egyik modulja látható a fenti képen, az alsó az, ami tenyérnyi nagyságú, ebből kettő lesz beépítve). Úgyhiszem ha azt mondom, hogy kb. 250 Watt hűtőteljesítmény áll majd rendelkezésre, akkor már sejthető, hogy nem kispályás gép lesz...

Remélem ez érdekes téma, pláne, ha a modulokhoz érünk. Egyre nagyobb szükség van az aktív hűtésre, hiszen a mai korszerű processzorok már komoly hőelevezetési problémát okoznak. És ne feledjétek, ha Supercool peltier elemekről van szó, akkor www.datapress.hu