Kühlen Kopf bewahren mit dem Peltier-Effekt

Ein Beitrag der Firma SMC

Der Peltier-Effekt entsteht, wenn elektrischer Strom (Gleichstrom) durch einen Materialkreislauf mit abwechselnden Schichten unterschiedlicher Halbleiter geleitet wird. Es kommt dabei zur Kühlung der einen Lötstelle und zur Erwärmung der anderen. Die Halbleiter sind zwischen Keramikschichten eingebettet, die als Wärmeisolatoren wirken, wodurch eine Peltier-Zelle (auch bekannt als thermoelektrisches Element) entsteht.

Durch die Regelung des Kühl- und Temperiergerätes kann die Richtung des Wärmeflusses umgekehrt werden, indem die Polarität des Gleichstroms verändert wird. Die erzeugte Wärme-/Kühlmenge ist direkt proportional zur Spannungsdifferenz, die zwischen den positiven und negativen Drähten der Spannungsversorgung angelegt wird. 

Peltier-Geräte mit schnellen Reaktionszeiten

Durch die schnelle Reaktionszeit des thermoelektrischen Geräts können die Temperatur in einem engen Toleranzbereich (±0,01 bis ±0,03 °C) geregelt werden. Bei Kühlanwendungen muss ausserdem Wärme von der anderen Seite der Peltier-Zelle abgeführt werden. Deshalb werden bei allen Kühllösungen dieser Art Kühlkörper und Lüfter benötigt. Die Geräuschentwicklung durch die Lüfter in einer Peltier-Zelle ist jedoch geringer als bei anderen Wärmeübertragungstechnologien. Dadurch sind Peltier-Zellen gut für den Einsatz in Laborumgebungen geeignet. Die Vibration von Peltier-basierten Kühlsystemen ist ebenfalls sehr gering, weil es keine beweglichen Teile gibt (ausser Lüfter und Pumpen, die für den Medientransfer verwendet werden).

Alternative Technologien

Weitere Technologien bei Kühl- und Temperiergeräten sind z. B. Kompressor-/Verdampfungssysteme. Diese haben zwar eine höhere Kühlleistung, bieten jedoch eine schlechtere Temperaturstabilität, höhere Geräuschentwicklung und mehr Vibrationen. Luft/Wasser- oder Wasser/Wasser-Passivsysteme können ebenfalls hohe Kühlleistungen erbringen, benötigen aber eine sekundäre Kühlquelle (Kaltwasser oder Kaltluft). Infolgedessen können diese Systeme das Medium nicht auf eine Temperatur kühlen, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur (Luft zu Wasser) oder die Temperatur des Anlagenwassers (Wasser zu Wasser).

Pertier-Geräte für Life-Science-Anwendungen

SMC bietet unterschiedliche Arten von Peltier-Geräten für Life-Science-Anwendungen an, darunter das thermoelektrische Bad HEB und das thermoelektrische Gerät HECR (luftgekühlte und wassergekühlte Varianten), das in einem 19-Zoll-Rack montierbar ist. Bereits seit 40 Jahren finden die kompakten Kühlgeräte bevorzugt in der Life-Science Industrie ihre Anwendung, dank leisem Betrieb, hoher Temperaturstabilität und geringer Vibration.