Tìm hiểu máy lạnh nhiệt điện – lạnh bán dẫn

Máy lạnh nhiệt điện – lạnh bán dẫn là một công nghệ làm mát độc đáo dựa trên hiệu ứng Peltier, nơi dòng điện chạy qua một mạch điện tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của mạch. Dưới đây là tóm tắt về nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này.

Nguyên lí hoạt động

Hiệu ứng Peltier

Hiệu ứng peltier được gọi là hiệu ứng nhiệt điện và được ứng dụng trong đo nhiệt độ và trong kỹ thuật lạnh. Tuy nhiên, để đạt được độ chênh nhiệt độ lớn người ta đã đã sử dụng các cặp nhiệt điện thích hợp đó là các chất bán dẫn đặc biệt của bismuts, antimon, selen và các phụ gia.

Năm 1822 Seebeck người Đức đã phát hiện thấy trong một vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau, nếu làm nóng một đầu nối và làm lạnh đầu còn lại của vòng dây dẫn thì xuất hiện dòng điện trong dây dẫn.

Đến năm 1834 Peltier Nhà vật lý người Pháp phát hiện ra hiện tượng ngược lại là nếu cho dòng điện một chiều đi qua vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau thì một đầu nối giữa hai kim loại sẽ nóng lên còn đầu kia sẽ lạnh đi. Và tên của ông đã được đặt cho hiệu ứng này.

Hình trên mô tả cách bố trí các cặp nhiệt điện (bằng chất bán dẫn). Khi nối dòng điện một chiều, một phía lạnh đi và một phía nóng lên.

Hiệu nhiệt độ có thể đạt đến 60K. Máy lạnh bán dẫn được sử dụng cho máy lạnh công suất nhỏ (từ 30 đến 100W).

Ứng dụng vào làm lạnh

Bằng cách sắp xếp nhiều mối nối Peltier lại với nhau, ta có thể tạo ra một thiết bị làm lạnh. Khi có dòng điện chạy qua, một mặt của thiết bị sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, làm cho môi trường đó lạnh đi, trong khi mặt còn lại tỏa nhiệt ra ngoài.

Ưu, nhược điểm của máy lạnh bán dẫn

Ưu điểm

• Thiết kế đơn giản: Thiết bị làm lạnh dựa trên hiệu ứng Peltier có cấu trúc đơn giản và không cần nhiều bộ phận cơ khí phức tạp.
• Kích thước nhỏ gọn: Các thiết bị này thường có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt trong không gian hạn chế.
• Vận hành êm ái: Không có bộ phận chuyển động lớn, do đó máy hoạt động rất êm và ít rung.
• Dễ dàng điều chỉnh: Nhiệt độ có thể được điều chỉnh nhanh chóng bằng cách thay đổi dòng điện cung cấp.

Nhược điểm

• Hiệu suất thấp: So với các hệ thống làm lạnh truyền thống, hiệu suất làm lạnh của hiệu ứng Peltier thường thấp hơn.
• Tỏa nhiệt ở mặt nóng: Mặt nóng của thiết bị cần được tản nhiệt hiệu quả; nếu không, hiệu suất làm lạnh sẽ giảm và thiết bị có thể bị hỏng do quá nhiệt.
• Giá thành cao: Chi phí cho các tấm bán dẫn có thể cao hơn so với các công nghệ làm lạnh khác.

*Nguồn tham khảo: Máy và thiết bị lạnh – Trần Danh Giang