Máy lạnh nhiệt điện – lạnh bán dẫn: nguyên lí, ưu – nhược điểm

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. Nói một cách đơn giản, một mặt của thiết bị sẽ trở nên lạnh, trong khi mặt còn lại sẽ nóng lên.

Nguyên lí hoạt động

Hiệu ứng Peltier

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. Hiện tượng này được gọi là 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.

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

• Không gây ồn do không có chi tiết nào chuyển động
• Gọn nhẹ, chắc chắn, dễ di chuyển, không dùng môi chất lạnh
• Chỉ cần thay đổi chiều đấu điện là chuyển được từ chế độ làm lạnh sang chế độ làm nóng và ngược lại.

Nhược

• Hệ số lạnh thấp, tiêu tốn điện năng lớn
• Giá thành cao
• Không có khả năng tồn trữ lạnh vì các cặp nhiệt điện là các cầu cân bằng nhiệt lớn cân bằng nhanh nhiệt độ trong và ngoài.