Термоэлектрлік салқындату блогы, Пелтиер салқындатқышы (термоэлектрлік салқындату компоненттері деп те аталады) - Пелтиер эффектісіне негізделген қатты денелі салқындату құрылғылары. Олардың механикалық қозғалыстың болмауы, хладагенттің болмауы, шағын өлшемі, жылдам әрекет етуі және температураны дәл бақылау сияқты артықшылықтары бар. Соңғы жылдары оларды тұтынушылық электроника, медициналық көмек, автомобильдер және басқа да салаларда қолдану кеңейе түсті.
I. Термоэлектрлік салқындату жүйесінің және компоненттерінің негізгі принциптері
Термоэлектрлік салқындатудың негізі Пельтье эффектісі болып табылады: екі түрлі жартылай өткізгіш материал (P-типті және N-типті) термопара жұбын құрағанда және тұрақты ток қолданылғанда, термопара жұбының бір ұшы жылуды сіңіреді (салқындату ұшы), ал екінші ұшы жылуды бөледі (жылу тарату ұшы). Ток бағытын өзгерту арқылы салқындату ұшы мен жылу тарату ұшын ауыстыруға болады.
Оның салқындату өнімділігі негізінен үш негізгі параметрге байланысты:
Термоэлектрлік құндылық коэффициенті (ZT мәні): Бұл термоэлектрлік материалдардың өнімділігін бағалаудың негізгі көрсеткіші. ZT мәні неғұрлым жоғары болса, салқындату тиімділігі соғұрлым жоғары болады.
Ыстық және суық ұштар арасындағы температура айырмашылығы: Жылу тарату ұшындағы жылу тарату әсері салқындату ұшындағы салқындату сыйымдылығын тікелей анықтайды. Егер жылу тарату тегіс болмаса, ыстық және суық ұштар арасындағы температура айырмашылығы азаяды және салқындату тиімділігі күрт төмендейді.
Жұмыс тогы: Номиналды диапазонда токтың артуы салқындату қуатын арттырады. Дегенмен, шекті мәннен асып кеткеннен кейін, Джоуль жылуының артуына байланысты тиімділік төмендейді.
II Термоэлектрлік салқындату қондырғыларының (Пелтиер салқындату жүйесі) даму тарихы және технологиялық жетістіктері
Соңғы жылдары термоэлектрлік салқындату компоненттерін әзірлеу екі негізгі бағытқа бағытталған: материалдық инновация және құрылымдық оңтайландыру.
Жоғары өнімді термоэлектрлік материалдарды зерттеу және әзірлеу
Дәстүрлі Bi₂Te₃ негізіндегі материалдардың ZT мәні легирлеу (мысалы, Sb, Se) және наноөлшемді өңдеу арқылы 1,2-1,5 дейін арттырылды.
Қорғасын теллуриді (PbTe) және кремний-германий қорытпасы (SiGe) сияқты жаңа материалдар орташа және жоғары температуралық жағдайларда (200-ден 500℃-қа дейін) өте жақсы жұмыс істейді.
Органикалық-бейорганикалық композитті термоэлектрлік материалдар және топологиялық оқшаулағыштар сияқты жаңа материалдар шығындарды одан әрі азайтып, тиімділікті арттырады деп күтілуде.
Компонент құрылымын оңтайландыру
Миниатюризация дизайны: Тұтынушылық электрониканың миниатюризация талаптарын қанағаттандыру үшін MEMS (Микроэлектро-механикалық жүйелер) технологиясы арқылы микрондық масштабтағы термопилдерді дайындаңыз.
Модульдік интеграция: Өнеркәсіптік деңгейдегі термоэлектрлік салқындату талаптарына сай келетін жоғары қуатты термоэлектрлік салқындату модульдерін, пельтье салқындатқыштарын, пельтье құрылғыларын құру үшін бірнеше термоэлектрлік қондырғыларды тізбектей немесе параллель қосыңыз.
Интеграцияланған жылу тарату құрылымы: жылу тарату тиімділігін арттыру және жалпы көлемді азайту үшін салқындату қанаттарын жылу тарату қанаттарымен және жылу құбырларымен біріктіріңіз.
III Термоэлектрлік салқындату қондырғыларының, термоэлектрлік салқындату компоненттерінің типтік қолдану сценарийлері
Термоэлектрлік салқындату қондырғыларының ең үлкен артықшылығы олардың қатты денелі сипатында, шусыз жұмысында және дәл температураны бақылауында. Сондықтан, компрессорлар салқындатуға жарамсыз жағдайларда олар алмастырылмайтын орын алады.
Тұтынушылық электроника саласында
Ұялы телефонның жылу таратуы: Жоғары деңгейлі ойын телефондары микротермоэлектрлік салқындату модульдерімен, TEC модульдерімен, пельтье құрылғыларымен, пельтье модульдерімен жабдықталған, олар сұйық салқындату жүйелерімен бірге чип температурасын тез төмендетіп, ойын кезінде қызып кетуден туындаған жиіліктің төмендеуіне жол бермейді.
Автокөлік тоңазытқыштары, автокөлік салқындатқыштары: Шағын автокөлік тоңазытқыштары негізінен салқындату және жылыту функцияларын біріктіретін термоэлектрлік салқындату технологиясын қолданады (жылытуды ток бағытын ауыстыру арқылы жүзеге асыруға болады). Олар өлшемі бойынша шағын, энергияны аз тұтынады және автокөліктің 12 В қуат көзімен үйлесімді.
Сусындарды салқындатуға арналған кесе/оқшауланған кесе: Портативті салқындату кесесі кіріктірілген микросалқындату пластинасымен жабдықталған, ол сусындарды тоңазытқышқа сүйенбей-ақ 5-тен 15 градус Цельсийге дейін тез салқындатуға мүмкіндік береді.
2. Медициналық және биологиялық салалар
Дәл температураны бақылау жабдықтары: мысалы, ПТР құралдары (полимеразды тізбекті реакция құралдары) және қан тоңазытқыштары тұрақты төмен температуралы ортаны қажет етеді. Жартылай өткізгіш тоңазытқыш компоненттері ±0,1 ℃ ішінде дәл температураны бақылауға қол жеткізе алады және салқындатқыштың ластану қаупі жоқ.
Портативті медициналық құрылғылар: мысалы, инсулинді тоңазытқыш қораптары, олардың өлшемі кішкентай және батареясы ұзақ қызмет етеді, қант диабетімен ауыратын науқастардың сыртқа шыққанда алып жүруіне жарамды, бұл инсулиннің сақтау температурасын қамтамасыз етеді.
Лазерлік жабдықтың температурасын бақылау: Медициналық лазерлік өңдеу құрылғыларының (мысалы, лазерлер) негізгі компоненттері температураға сезімтал, ал жартылай өткізгіш салқындату компоненттері жабдықтың тұрақты жұмысын қамтамасыз ету үшін жылуды нақты уақыт режимінде тарата алады.
3. Өнеркәсіптік және аэроғарыштық салалар
Өнеркәсіптік шағын көлемді тоңазытқыш жабдықтары: мысалы, электрондық компоненттердің қартаюын тексеру камералары және дәлдіктегі аспаптың тұрақты температуралық ванналары, жергілікті төмен температуралы ортаны, термоэлектрлік салқындату қондырғыларын қажет ететін термоэлектрлік компоненттерді қажет болған жағдайда тоңазытқыш қуатымен теңшеуге болады.
Аэроғарыштық жабдықтар: Ғарыш кемелеріндегі электрондық құрылғылар вакуумдық ортада жылуды таратуда қиындықтарға тап болады. Термоэлектрлік салқындату жүйелері, термоэлектрлік салқындату қондырғылары, термоэлектрлік компоненттер, қатты денелі құрылғылар ретінде өте сенімді және дірілсіз, сондай-ақ спутниктер мен ғарыш станцияларындағы электрондық жабдықтардың температурасын бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін.
4. Басқа да пайда болатын сценарийлер
Киетін құрылғылар: кіріктірілген икемді термоэлектрлік салқындату пластиналары бар ақылды салқындатқыш дулығалар мен салқындатқыш костюмдер жоғары температуралы ортада адам денесін жергілікті салқындатуды қамтамасыз ете алады және ашық ауада жұмыс істейтіндерге жарамды.
Суық тізбекті логистика: Термоэлектрлік салқындатумен, пельтье салқындатуымен және батареялармен жұмыс істейтін шағын суық тізбекті қаптама қораптарын үлкен тоңазытқыш жүк көліктеріне сүйенбей-ақ вакциналар мен жаңа өнімдерді қысқа қашықтыққа тасымалдау үшін пайдалануға болады.
IV. Термоэлектрлік салқындату қондырғыларының, Пельтиер салқындату компоненттерінің шектеулері мен даму үрдістері
Қолданыстағы шектеулер
Салқындату тиімділігі салыстырмалы түрде төмен: оның энергия тиімділігі коэффициенті (COP) әдетте 0,3 пен 0,8 аралығында болады, бұл компрессорды салқындатуға қарағанда әлдеқайда төмен (COP 2-ден 5-ке дейін жетуі мүмкін) және ірі көлемді және жоғары сыйымдылықты салқындату сценарийлеріне жарамайды.
Жылуды таратуға жоғары талаптар: Егер жылуды тарату шетіндегі жылу уақытында шығарылмаса, бұл салқындату әсеріне айтарлықтай әсер етеді. Сондықтан, ол тиімді жылуды тарату жүйесімен жабдықталуы керек, бұл кейбір ықшам жағдайларда қолдануды шектейді.
Жоғары құны: Жоғары өнімді термоэлектрлік материалдарды (мысалы, нанолегирленген Bi₂Te₃) дайындау құны дәстүрлі тоңазытқыш материалдарына қарағанда жоғары, бұл жоғары сапалы компоненттердің салыстырмалы түрде жоғары бағасына әкеледі.
2. Болашақ даму үрдістері
Материалдық жетістік: бөлме температурасындағы ZT мәнін 2,0-ден жоғары деңгейге дейін арттыру және компрессорлық тоңазытқышпен тиімділік айырмашылығын азайту мақсатында арзан, жоғары ZT құндылығы бар термоэлектрлік материалдарды әзірлеу.
Икемділік және интеграция: Иілгіш беттік құрылғыларға (мысалы, икемді экранды ұялы телефондар және ақылды киілетін құрылғылар) бейімделу үшін икемді термоэлектрлік салқындату модульдерін, TEC модульдерін, термоэлектрлік модульдерді, пельтье құрылғыларын, пельтье модульдерін, пельтье салқындатқыштарын әзірлеу; «Чип деңгейіндегі температураны басқаруға» қол жеткізу үшін термоэлектрлік салқындату компоненттерін чиптермен және сенсорлармен біріктіруді ілгерілету.
Энергия үнемдейтін дизайн: Заттар интернеті (iot) технологиясын біріктіру арқылы салқындату компоненттерін ақылды іске қосу-тоқтату және қуатты реттеуге қол жеткізіледі, бұл жалпы энергия шығынын азайтады.
V. Қысқаша мазмұны
Термоэлектрлік салқындату қондырғылары, пельтье салқындату қондырғылары, термоэлектрлік салқындату жүйелері, қатты денелі, дыбыссыз және температураны дәл басқарылатын бірегей артықшылықтарымен тұтынушылық электроника, медициналық көмек және аэроғарыш сияқты салаларда маңызды орын алады. Термоэлектрлік материал технологиясы мен құрылымдық дизайнды үздіксіз жаңартып отыру арқылы оның салқындату тиімділігі мен құны мәселелері біртіндеп жақсарады және болашақта дәстүрлі салқындату технологиясын нақтырақ сценарийлерде алмастырады деп күтілуде.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 12 желтоқсан
