Peltier Kühler(in Arbeit)

Grundlagen: Für viele Experimente werden Temperaturen benötigt die unter der Umgebungstemperatur liegen. Während es Universitäts- und Industrielabors meist kein Problem ist mit flüssigem Stickstoff auf 80°K oder sogar mit flüssigem Helium auf 4,2°K zu kühlen ist das für den Amateurbastler nicht so einfach.
Ein relativ einfache Möglichkeit Experimente auf niedrige Temperaturen zu kühlen bieten Peltierelemente. Peltierelemente stellen, wärmetechnisch betrachtet, eine Pumpe dar die Wärme von einer Stelle zu einer Anderen transportieren können. Dadurch wird eine Stelle kälter, die Andere wärmer.

Mit Peltierelementen kann z.B. eine >>Nebelkammer<< betrieben werden oder auch Infrarot-Detektoren gekühlt werden. Aber der Wirkungsgrad der Peltierelemente beträgt nur 50%. So muss neben der von der kalten Seite transportierten Wärme auch noch 50% der zugeführten elektrischen Leistung an der warmen Seite abgeführt werden. Bei etwas höheren Kühlleistung funktioniert die Abführung der Wärme nur mit einer Wasserkühlung ganz gut, so können auch die Kaltfläche einer >> großen Nebelkammer << auf nahezu -30°C zu kühlen.

Tiefere Temperaturen erhält man mit einer thermischen Reihenschaltung mehrer Peltierelemente. Da der Wirkungsgrad wie erwähnt ziemlich niedrig ist sollte die Kühlleistung der einzelnen Elemente zur warmen Seite hin zunehmen. Im folgenden wird ein Stack aus drei Elemente gezeigt. Das größte hat eine Kantenlänge von 40 mm, das mittlere 30 mm und das kleine 15 mm. Der Stack sitzt auf einem Wasser gekühlten Alublock. Alle drei Elemente werden aus verschiedenen Netzteilen betrieben um den jeweils optimalen Strom einstellen zu können.

Die Temperaturen der drei Elemente werden mit Pt1000 Sensoren gemessen. Die gemessene Abkühlkurve zeigt das rechte Bild. Man erreicht eine Temperatur von -60°C.