Varmaorkutækni er virk varmastjórnunartækni byggð á Peltier-áhrifum. JCA Peltier uppgötvaði hana árið 1834. Þetta fyrirbæri felur í sér upphitun eða kælingu á samskeytum tveggja varmaorkuefna (bismúts og tellúríðs) með því að láta straum fara í gegnum samskeytin. Við notkun rennur jafnstraumur í gegnum TEC-eininguna sem veldur því að hiti flyst frá annarri hliðinni til hinnar. Þetta myndar köld og heit hlið. Ef stefna straumsins er snúið við breytast köldu og heitu hliðarnar. Einnig er hægt að stilla kælikraftinn með því að breyta rekstrarstraumnum. Dæmigerður eins stigs kælir (mynd 1) samanstendur af tveimur keramikplötum með p- og n-gerð hálfleiðaraefni (bismút, tellúríð) á milli keramikplatnanna. Hálfleiðaraefnisþættirnir eru tengdir rafmagnað í röð og varmalega samsíða.
Rafkælingareiningar, Peltier-tæki, TEC-einingar má líta á sem tegund af varmaorkudælu í föstu formi og vegna raunverulegrar þyngdar, stærðar og hvarfhraða henta þær mjög vel til notkunar sem hluta af innbyggðum kælikerfum (vegna takmarkaðs pláss). Með kostum eins og hljóðlátri notkun, brotþol, höggþol, lengri endingartíma og auðvelt viðhald, hafa nútímalegar rafkælingareiningar, Peltier-tæki, TEC-einingar, fjölbreytt notkunarsvið á sviði herbúnaðar, flugmála, geimferða, læknismeðferðar, faraldursvarna, tilraunabúnaðar, neysluvara (vatnskæla, bílakæla, hótelkæla, vínkæla, persónulegra minikæla, kæli- og hitapúða o.s.frv.).
Í dag, vegna lítillar þyngdar, lítillar stærðar eða afkastagetu og lágs kostnaðar, er hitakæling mikið notuð í lækningatækjum, lyfjatækjum, flugi, geimferðum, hernaði, litrófsgreiningarkerfum og viðskiptavörum (svo sem heitu og köldu vatni, flytjanlegum ísskápum, bílakælum og svo framvegis).
Færibreytur | |
I | Rekstrarstraumur til TEC einingarinnar (í amperum) |
Ihámark | Rekstrarstraumur sem veldur hámarks hitastigsmun △Thámark(í amperum) |
Qc | Magn hita sem getur tekið upp á köldu hlið TEC (í vöttum) |
Qhámark | Hámarksmagn varma sem getur tekið upp á köldu hliðinni. Þetta gerist við I = Ihámarkog þegar Delta T = 0. (í vöttum) |
Theitt | Hitastig heitu hliðarinnar þegar TEC einingin er í notkun (í °C) |
Tkalt | Hitastig kalda hliðarfletisins þegar TEC einingin er í gangi (í °C) |
△T | Mismunur á hitastigi milli heitu hliðarinnar (Th) og kalda hliðin (Tc). Delta T = Th-Tc(í °C) |
△Thámark | Hámarks hitastigsmunur sem TEC eining getur náð á milli heitu hliðarinnar (Th) og kalda hliðin (TcÞetta gerist (hámarks kæligeta) við I = Ihámarkog Qc= 0. (í °C) |
Uhámark | Spennuframboð við I = Ihámark(í voltum) |
ε | Kælingarnýtni TEC-einingar (%) |
α | Seebeck-stuðull hitarafefnis (V/°C) |
σ | Rafstuðull hitarafefnis (1/cm·ohm) |
κ | Varmaleiðni varmaefnis (W/CM·°C) |
N | Fjöldi hitaraflsþátta |
Iεhámark | Straumur tengist þegar hitastig heitu og gömlu hliðar TEC einingarinnar er ákveðið gildi og hámarksnýting (í amperum) er nauðsynleg. |
Kynning á notkunarformúlum í TEC einingunni
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(Tkl.- Tc) ]
△T = [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + Iα]
U = 2 N [ IL /σS + α(Tkl.- Tc)]
ε = Qc/Viðmót
Qkl.= Qc + IU
△Thámark= Tkl.+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Ihámark =κS/Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεhámark =ασS (Tkl.- Tc) / L (√1+0,5σα²(546+ Tkl.- Tc)/ κ-1)