Thermoelement allgemeine Frage

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

mit Thermoelementen lässt sich ja auch kühlen und heizen in dem unter Einsatz von Strom eine Temperaturdifferenz erzeugt wird. Dies wird ja auch in Kühlboxen genutzt. Das Element lässt sich damit ja wie eine Wärmepumpe vergleichen. Meine Frage: Welche maximalen Temperaturdifferenzen lassen sich dabei erzeugen? Und können die kalten / warmen Bereiche unterschiedlich groß sein? z.B. viel Fläche im Bereich der gekühlten Seite und wenig Fläche im Bereich der geheizten? Sprich lässt sich Wärme damit „konzentrieren“?

Liebe Grüsse :smile:

#2

Hallo!

Du meinst „Peltier-Elemente“.

Temperaturdifferenz so um 60-70 K
…

MfG
duck313

#3

Ja genau Peltier Elemente :smile: Vielen Dank :smile:
Ahh ok, dann können diese keine höhere Temperaturdifferenz erzeugen?
Kann man denn diese Peltier Elemente in Reihe schalten um so höhere Differenzen zu erzeugen?

Liebe Grüsse

#4

Hallo Fragewurm,

Ahh ok, dann können diese keine höhere Temperaturdifferenz
erzeugen?
Kann man denn diese Peltier Elemente in Reihe schalten um so
höhere Differenzen zu erzeugen?

Geht im Prinzip problemlos und wird auch technisch gemacht.

Auf den Titelbild ist eine 3-fach Ausführung:
http://www.distrelec.ch/Web/Downloads/s_/en/jwThermo…

Allerdings sind Peltier-Elemente Halbleiter, da kommt man maximal auf 150°C, sonst schmelzen die Dinger zusammen.

MfG Peter(TOO)

#5

Vielen herzlichen Dank :smile:
Also sind gut 150°C das Maximum :smile: Oder gibts noch Spezialmaterialen mit denen noch höhere Temperaturen möglich sind? Bei Thermoelementen sind ja beispielsweise gut 600°C und teils noch mehr möglich.

Liebe Grüsse :smile:

#6

Hallo Kolibri130,

Oder gibts noch
Spezialmaterialen mit denen noch höhere Temperaturen möglich
sind? Bei Thermoelementen sind ja beispielsweise gut 600°C und
teils noch mehr möglich.

das Thermoelement mit der meines Wissens nach höchsten Arbeitstemperatur ist das Wolfram/Rhenium-Thermoelement, das bis knapp über 2.200 °C misst. Durch Umkehrung des Effekts müssten prinzipiell auch hohe Temperaturen erreichbar sein - aber wozu?
Einfacher und wahrscheinlich effizienter wird es sein, einen großen Strom durch einen Wolframdraht zu schicken, der sich daraufhin erwärmt. Das wird z.B. benutzt, um Materialien, die mit dem Wolframdraht umwickelt sind, zu verdampfen.

Grüße, Thomas

#7

Hallo Fragewurm,

Also sind gut 150°C das Maximum :smile: Oder gibts noch
Spezialmaterialen mit denen noch höhere Temperaturen möglich
sind? Bei Thermoelementen sind ja beispielsweise gut 600°C und
teils noch mehr möglich.

Das praktische Problem liegt im Wirkungsgrad!

Halbleiter.Peltier-Elemente liegen schon nur um die 10% (thermisch betrachtet).

Mit anderen Materialien kommt man noch schlechter weg. Da ist dann ein eine reine elektrische Heizung wesentlich wirtschaftlicher!

MfG Peter(TOO)

#8

Vielen Dank :smile: Also wäre es physikalisch möglich, nur der Wirkungsgrad wäre so schlecht dass man auch gleich elektrisch heizen kann (vermutlich sogar effizienter) :smile:

Liebe Grüsse :smile:

#9

Vielen Dank :smile: Also wären höhere Temperaturen technisch schon machbar nur die Energiebilanz wäre unter aller Kanone :smile:

Liebe Grüsse :smile:

#10

Hallo Fragewurm,

Also wäre es physikalisch möglich, nur der
Wirkungsgrad wäre so schlecht dass man auch gleich elektrisch
heizen kann (vermutlich sogar effizienter) :smile:

Das Peltier-Element wäre vielleicht 1-2% effizienter als eine reine Widerstandsheizung.

Dem gegenüber steht dann aber die aufwändigere Herstellung und das nötige Netzteil.
Peltier-Elemente arbeiten mit kleiner Gleichspannungen und grossen Strömen. Selbst sehr gute Netzteile kommen nicht über 95% Wirkungsgrad.
Bringt also nur Kosten und keinen Gewinn.

Im Allgemeinen werden Peltier-Elemente zum Kühlen eingesetzt.
Einerseits heute vermehrt bei CPU-Kühlern und andererseits z.B. bei IR-Kameras um den Sensor-Chip zu kühlen. Ist wesentlich handlicher als ein Kompressor oder flüssiger Stickstoff. :smile:

MfG Peter(TOO)

#11

Stimmt, Effizient wäre es bestimmt nicht :smile:

Die Idee mit der CPU Kühlung per Peltier Element klingt allerdings sehr interessant. Darauf bin ich noch gar nicht gekommen :smile:

Liebe Grüsse:smile:

#12

Das Peltier-Element wäre vielleicht 1-2% effizienter als eine
reine Widerstandsheizung.

wodurch das?
imho hat ein widerstandsdraht einen wirkungsgrad von 100%. wo kommt das plus beim peltierelement her? doch wohl von einer anderen wärmequelle. und damit muss ich diese energie auch irgendwie bekommen.
gibt es also irgendwo eine anwendung, wo man diesen effekt ausnutzen kann?
andere anwendungen, bei denen man mit Peltierelementen heizt, kenne ich - z.b. dort, wo man temperaturen regeln muss und je nachdem heizung oder kühlung braucht. aber nur zum heizen?

#13

Hallo Peter,

Das Peltier-Element wäre vielleicht 1-2% effizienter als eine
reine Widerstandsheizung.

Ich habe immer gedacht, Strom setzt sich zu 100 % in Wärme um. Das war meines Wissens auch der Grund für das Verbot von Glühlampen.

Im Allgemeinen werden Peltier-Elemente zum Kühlen eingesetzt.
Einerseits heute vermehrt bei CPU-Kühlern und andererseits
z.B. bei IR-Kameras um den Sensor-Chip zu kühlen. Ist
wesentlich handlicher als ein Kompressor oder flüssiger
Stickstoff. :smile:

Derzeit laufen recht viele Projekte, um den umgekehrten Effekt (Seebeck-Effekt) für das energy harvesting zu nutzen. Das Problem ist, dass entweder die Materialien sehr teuer sind oder der Wirkungsgrad lausig ist. Deshalb geht der Trend gerade dahin, billige Materialien zu nutzen, die sich einfach auf großen Flächen applizieren lassen, um wenigstens noch ein bißchen was von der Abwärme zu nutzen. Hilfreich ist es natürlich dort, wo man eine autarke Energieversorgung benötigt. So gibt es erste Sensoren (Verschleißdetektion), die auf Bauteile geklebt werden, die im Betrieb warm sind und sich den für den Betrieb und die Übermittlung der Daten per Funk nötigen Strom selbst erzeugen.

Grüße, Thomas

#14

Hallo Thomas,

Das Peltier-Element wäre vielleicht 1-2% effizienter als eine
reine Widerstandsheizung.

Ich habe immer gedacht, Strom setzt sich zu 100 % in Wärme um.
Das war meines Wissens auch der Grund für das Verbot von
Glühlampen.

:wink:
Wenn man alles gelesen hat, sollte klar sein wie es gemeint ist.

Klar hat man auf der Warmseite des Peltier-Elementes 100% der elektrischen Leistung wie bei der Widerstandsheizung auch.

Allerdings kommt beim Peltier-Element noch der Wärmetransport von der Kaltseite zur thermischen Leistung dazu.
Bei Halbleiter basierten PE sind da um die 10% drin aber die kommen nicht wesentlich über 150°C. Nimmt man Materialien welche für über 150°C geeignet sind, kommen da nur noch so 1-2% hinzu.

Derzeit laufen recht viele Projekte, um den umgekehrten Effekt
(Seebeck-Effekt) für das energy harvesting zu nutzen. Das
Problem ist, dass entweder die Materialien sehr teuer sind
oder der Wirkungsgrad lausig ist.

Als billiger Temperatursensor wir das schon lange eingesetzt.

Seit de Mondlandung stehen ein paar solcher, atomar beheizten, Batterien auf dem Mond rum und diverse Weltraum-Sonden, wie z.B. Voyager 1+2, beziehen auch auf diese Art ihre Energie.
Anfang der 70er wurden auch entsprechende Batterien für Herzschrittmacher entwickelt.

MfG Peter(TOO)