A termoelektromos hûtõmodulokat nevezik röviden Peltier elemnek. Van, aki már találkozott ilyen eszközzel, van aki csak hallott errõl a hûtõelemrõl. Annyira különleges eszköz ez, hogy érdemes részletesen megismerni. Különbözõ méret illetve teljesítményválasztékot a következõ kép illusztrálja:

Az egészen picitõl kezdve tenyérnyi méretûek elõfordulnak. Sõt ha extrém hõmérsékletkülönbségre van szükségünk, akkor lépcsõ modulok is rendelkezésre állnak. Azt mondhatjuk el errõl az eszközrõl, hogy ha elektromosan tápláljuk, akkor ez egyik oldala felmelegszik a másik lehûl. De minden eszközre megadják, hogy maximálisan mekkora hõmérsékletkülönbséget képes létrehozni. Ez azt jelenti, hogy a hideg oldalának a hõmérséklete függ a meleg oldalának a hõmérsékletétõl. Ennél jóval bonyolultabb magyarázata is van a mûködésének.

Elektromos áram segítségével hõenergia szállítható az egyik felülettõl a másikig. Ehhez speciális anyag szükséges, ami a Seebeck effektus segítségével képes a hõszállításra.

Peltier elemmel energiát is elõ lehet állítani. Ha az egyik oldalát melegítjük és a másikat hidegen tartjuk, akkor energiaforráshoz jutunk. Ne gondoljunk fantasztikus energiákra, egy átlagos teljesítményû peltier elem nagyjából annyi energiát tudna termelni, ami egy kisrádiót mûködtetne.

Vigyázni kell arra, hogy ne melegedjen 80 fok fölé, mert ez visszafordíthatatlan folyamatokat idéz elõ az anyagban és ennek eredményeképpen a hûtõképessége örökre megszûnik, vagy erõsen lecsökken. A hûtõmodul annak ellenére nagyon megbízható, hogy 100-nál több soros elembõl áll, ha egy darab meghibásodik (elreped, elég stb.), akkor az általában javíthatatlan hibát eredményez. 100 000 óra nagyjából az élettartama, ami folyamatos üzem mellett, ami nagyjából 11 évnek megfelelõ idõtartam.

Lépcsõsen több peltier elem is egymásra helyezhetõ, így akár 225 fokos hõmérsékletkülönbség is elõállítható. De egyre kisebb és kisebb teljesítményû peltier elemeket kell egymásra helyezni. Ezért a gyakorlatban maximum két- illetve háromlépcsõs modulokat készítenek.

Ennél házilag jobb képességekkel rendelkezõ többlépcsõs hûtõelemet is elõ lehet állítani, abban az esetben, ha az egyes modulokat külön-külön vásároljuk meg és építjük egymás tetejére. Ekkor megvan az a lehetõség, hogy a modulok közé szendvicsszerûen réz vagy alumínium lapot helyezünk, ezzel a modulok meleg oldalának hûtése az egyenletesebb hõelosztás miatt sokat jaul.

De peltier és peltier elem között gyártótól függõen nagy különbségek lehetnek. A teljesítményen kívül két kulcsfontosságú adatra érdemes odafigyelni. Az egyik az, hogy mekkora hõmérsékletkülönbséget tud maximálisan elõállítani, a másik a hatásfok. Minél nagyobb hõmérsékletkülönbség szükséges, ez általában 59 és 69 fok között szokott mozogni. Mert normális körülmények között egy peltier elem meleg oldala könnyen eléri a 40 fokos hõmérsékletet. Ha pl. processzor hûtésre szeretnénk használni, akkor eleve nem hûl -20 fok alá a hûtõeszköz. Mondhatná valaki, hogy igen ám, de nem is szükséges a -20 fokos processzorhõmérséklet. De ha üzemszerûen mûködik a processzor, akkor máris nem -20 fokos lesz, hanem pl. +10. Igaz a hûtõteljesítmény növelésével lehet redukálni ezt, de a nagyobb teljesítményû eszköz jobban melegszik.

Meleg oldalukat vízzel vagy forszírozott léghûtéssel kell hûteni. De sokszor a hideg oldalukra is helyeznek egy "hûtõblokkot", ennek természetesen nem az a feladata, hogy a hideg oldalt hûtse, hanem az, hogy a hideget elszállítható legyen. Nézzük a Supercool milyen megoldásokat dolgozott ki. Elõször is nézzük a vízhûtõblokkot:

Így néz ki szétszedve. A megoldás lényege, hogy egy alumíniumtömbbe áramlik a víz ide-oda. Sõt a Supercool leírása szerint turbulensen áramló vízzel hatékonyabban lehet hûteni, ezért extra tartozék egy mûanyag spirál, amit az alumínium blokk furatába helyeznek, ezzel spirál alakú mozgásra kényszerítik a vizet. Akit érdekel a részletes mûszaki rajz, az idekattintva letöltheti (169kb).

Alapkiépítésben elég a két baloldali csonkot felszerelni és a jobboldali U alakú csonkot. A blokkon található középsõ menetes furat segítségével hõmérséklet érzékelõvel is elláthatjuk az egységet. A forgalmazó cég állítása szerint a mûanyag spirál behelyezésével további 2-3 fokkal csökkenthetjük a blokk hõmérsékletét. Szerintem nagy kár, hogy csak két lyukon keresztül áramlik a víz, bõvel elférne még kettõ.

Többfajta méretben gyártják ez a hûtõblokkot, így egyszerre több peltier elem hûtésére is alkalmas. Sõt a peltier elem hideg oldalára is szerelhetünk ilyen blokkot, akkor folyadékot hûthetünk.

Ebben egy darab peltier elem található, de létezik ennél nagyobb is:

Egy ilyen nagy hûtõmodullal pár óra alatt néhány liter folyadék mínusz 10 fok alá hûthetõ. Ha pl. ezzel a folyadékkel hûtjük a számítógép kritikus alkatrészeit, akkor a hideg folyadék egyfajta hõbufferkét mûködik, vagyis az alkatrészek hirtelen hõmérsékletingadozását kiegyenlíti. Egy barátom tapasztalata szerint két 80 Wattos peltier elem hosszútávon ezzel a megoldással nem képes a processzort mínuszban tartani L

Nézzük át röviden a hûtési technikákat:

1. A peltier elem mindkét oldalán hûtõborda található.

Ez akkor a legcélszerûbb, ha kisteljesítményû hûtõelemmel kívánunk egy hõszigetelt dobozt hûteni. Ilyen sok autós hûtõtáska, azzal a különbséggel, hogy ott nem tesznek ventillátort a hûtõbordára. Már láttam olyan megoldást, ahol a számítógép házába juttattak így hideglevegõt, azzal néhány fokkal tudta a tuningos csökkenteni a belsõ hõmérsékletet. De aki csendet szeretne a számítógépe körül, annak nem ajánlom, mért meglehetõsen nagy ventilátorok szükségesek.

2. Nagyobb teljesítményû peltier elem annyira melegszik, hogy egy hûtõbordával már nem lehet elég hatékonyan hûteni a meleg oldalát, így arra célszerû vízhûtést építeni.

Ez a megoldás igen hatékony, jómagam is kipróbáltam. Még egy olyan nagy térfogatú dobozban is, mint egy számítógépház jelentõsen redukálni lehetett a levegõ hõmérsékletét (igaz 5cm vastag nikecellel hõszigeteltem. Természetesen a doboz hõszigetelése kulcsfontosságú! Végeztem egy kísérletet egy 79Wattos peltier elemmel, ezzel egy üres hõszigetelt számítógépházban a levegõt -15 fok alá tudtam csökkenteni. Nyílván ha az alaplap meg minden benne lett volna, akkor nem lettek volna benne ilyen borzasztó mínuszok. Viszont érdekes lenne egy olyan megoldás, ahol a PC házat hermetikusan lezárnák és hõszigetelnénk, hogy akkor miként alakulna a processzor hõmérséklete.

3. De a hideg egyenletesebben elosztható, ha azt vízzel szállítjuk vagy közvetlenül a folyadékot hûtjük.

Ez egy kicsit meghökkentõ megoldás, a gyakorlatban nem nagyon használják, mert a léghûtés miatt a folyadék hûtése nem igazán hatékony. Ezek közül a Jeges hûtésem a második ábra szerint mûködik azzal a különbséggel, hogy a folyadék víz és az a cél, hogy a jég megfagyjon. (A jégnek igen nagy az olvadáshõje.)

4. Ha mindkét oldalt vízzel hûtjük, akkor kétfajtarendszert építhetünk.

Ezekkel a megoldásokkal igen hatékonyan lehet hõenergiát szállítani. De figyelembe kell venni, hogy nagy tömegû folyadékot nem csak felmelegíteni nehéz, hanem lehûteni is.

Nézzük meg, hogy a Supercool milyen gyakorlati megvalósításokat dolgozott ki. Ezek közül azok az igazán izgalmasak, melyek folyadékot hûtenek és ezzel a hideg fagyállót kell eljuttatni a hûtendõ helyre. (Minimális a helyigény). Nagyobb térfogatra csak a peltier elem hûtésénél kel számolnunk. Az alábbi kép jól illusztrálja, hogy pl. egy FOP38 nagyságú hûtõborda képtelen a peltier elem meleg oldalát hatékonyan hûteni, sokkal nagyobb hûtõbordát kell alkalmazni.

Ezek a hûtõbordák alumíniumból készülnek. A felületét célszerûen eloxálták, így hatékonyabb a hõleadás. A ventilátorok zajszintje igen alacsony 25dB körüli, ami töredéke egy FOP38 által keltett zajnak. Ennél "csinosabb" megoldásokkal is szolgálnak.

Itt alagútszerûen alakították ki a hûtõket, így igen jó hatásfokkal üzemelnek. Azoknál a megoldásoknál, ahol a levegõt ennyire koncentráltan vezetik végig a hûtõbordán érdekes jelenség alakul ki. Nevezetesen a hûtõborda ventilátor felöli része sokkal hatékonyabban hûl, mint a túlsó része. Ennek az az oka, hogy a levegõ viszonylag gyorsan felmelegszik ilyen körülmények között és a túloldalon a meleg levegõ nem igazán hûti hatékonyan a lemezeket. Ezért ebbõl nem készítenek nagyon hosszút, illetve ha mégis akkor több helyen táplálják be a friss levegõt.

Védõ és kapcsoló elektronikával is szolgálnak, sõt a peltier optimális meghajtása érdekében kapcsolóüzemû tápegység is szerepel a kínálatukban.

És végül még egy fontos dolog. A peltier elemek egyenáramot igényelnek. Általában kis feszültségûeket gyártanak (10-20 Voltosakat) és itt hatalmas áramokra van szükség. A nagy áramnak jelentõs a melegítõ hatása (pl. egyenirányító). De már 30Volt feletti feszültséggel is készítik ezeket az eszközöket, így pl. 31Voltról egy 111 Wattos peltier csak 6 Ampert vesz fel. Ekkor a tápegység olcsóbb lehet, mint pl. 15 Volt 16 Amperes esetben.

Mindez már Magyarországon is elérhetõ, részletes információt a Datapress munkatársa tud adni: e-mail. Illetve a peltier elemekrõl részletes katalógus a www.datapess.hu oldalon található.

Gigahertz, e-mail.