Thermoelektrik-Kühlgeräte / Peltier-Kühlgeräte basieren auf der Peltiertechnologie die auf die Erfindung des gleichnamigen Physikers Jean Charles Peltier zurückgeht, der 1834 den sogenannten thermoelektrischen Effekt endeckte. Deswegen werden Thermoelektrik-Kühlgeräte auch Peltier-Kühlgeräte genannt. Peltier fand heraus, dass bei Gleichstromzuführung an der Kontaktstelle von 2 unterschiedlichen miteinander verbundenen Metallen eine Temperaturveränderung gegenüber der Umgebungsluft festzustellen war. Der Thermoelektrische Effekt blieb lange Zeit für technische Anwendungen unbedeutend, da für den Aufbau hierfür die geeigneten Materialen fehlten. Mit der Entwicklung der modernen Halbleitertechnik änderte sich dies. Die Eigenschaftsmerkmale brauchbarer Materialien sind eine hohe elektrische Leitfähigkeit kombiniert mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit.
Ein Thermoelektrisches Element, auch Peltierelement genannt, besteht aus 2 Halbleiterschenkel. Einer davon ist positiv (p) leitend, der andere negativ (n) leitend. Eine Kontaktbrücke an der Stirnseite verbindet die Halbleiterschenkel miteinander. Die Anschlussstücke befinden sich am Boden der Halbleiterschenkel. Lässt man nun Gleichstrom durch das Peltierelement fließen, sorgt dieser dafür, das die Wärme der einen Verbindungsstelle (Kontaktbrücke = kalte Seite) zur anderen (Anschlussstücke = warme Seite) transportiert wird. Ein Wärmeaustausch findet statt (siehe auch ergänzend nachfolgende Abbildung).
Das Peltierelement ist somit eine Wärmepumpe. Es kann sowohl zum Kühlen verwendet werden, sowie durch Stromumkehrung zum Heizen bzw. Entfeuchten.
Um bei Thermoelektrik-Kühlgeräte / Peltier-Kühlgeräte brauchbare Kühlleistungen zu erhalten werden mehrere Peltierelemente zu einem Kühlblock zusammengefügt. Dabei sind die Peltierelemente elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet. Bei Thermoelektrik-Kühlgeräte / Peltierkühlgeräte wird der Peltier-Kühlblock wie in einem Sandwich zwischen 2 hauchdünnen Keramikplatten platziert, die zugleich als mechanische Halterungen und zur Elektroisolierung dienen. Desweiteren sind Profilkühlkörper in Verbindung mit Axialventilatoren auf beiden Seiten angeordnet. Diese Kombination sorgt dafür, dass die Kühlleistung bzw. die Wärme von Thermoelektrik-Kühlgeräte / Peltier-Kühlgeräte an die jeweilige Umgebung abgegeben wird. Wird ein Thermoelektrik-Kühlgerät / Peltier-Kühlgerät zur Klimatisierung eines Elektronikgehäuses eingesetzt, so strahlt der Profilkühlkörper die durch den Peltier-Kühlblock erzeugte Kühlleistung in den Gehäuseinnenraum ab. Ein Axialventilator sorgt dafür, dass die kühle Luft des Thermoelektrik-Kühlgerätes / Peltier-Kühlgerätes gleichmässig verteilt wird. Man spricht hier auch vom Innenkreislauf. Im Aussenkreislauf funktioniert das Prinzip gerade umgekehrt, d.h. die erzeugte Wärme der bodenseitigen Kontaktbrücken wird über die Keramikplatten und den Kühlkörper nach aussen abgeführt. Der Axialventilator sorgt dafür, dass die abgegebene Warmluft kontinuierlich vom Kühlkörper des Thermoelektrik-Kühlgerätes / Peltier-Kühlgerätes weggetragen wird.
Als Ergänzung zeigt nachfolgende Abbildung schematisch den Aufbau eines Thermoelektrik-Kühlgerätes / Peltier-Kühlgerätes sowie den Einsatz in einem Elektronikgehäuse.
