Unit penyejukan termoelektrik, penyejuk peltier (juga dikenali sebagai komponen penyejukan termoelektrik) ialah peranti penyejukan keadaan pepejal berdasarkan kesan Peltier. Ia mempunyai kelebihan tiada pergerakan mekanikal, tiada bahan pendingin, saiz kecil, tindak balas pantas dan kawalan suhu yang tepat. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, aplikasinya dalam elektronik pengguna, penjagaan perubatan, automobil dan bidang lain terus berkembang.
I. Prinsip Teras sistem dan komponen penyejukan termoelektrik
Teras penyejukan termoelektrik ialah kesan Peltier: apabila dua bahan semikonduktor yang berbeza (jenis-P dan jenis-N) membentuk pasangan termogandingan dan arus terus dikenakan, satu hujung pasangan termogandingan akan menyerap haba (hujung penyejukan), dan hujung yang satu lagi akan melepaskan haba (hujung pelesapan haba). Dengan mengubah arah arus, hujung penyejukan dan hujung pelesapan haba boleh ditukar ganti.
Prestasi penyejukannya bergantung terutamanya kepada tiga parameter teras:
Pekali merit termoelektrik (nilai ZT): Ia merupakan penunjuk utama untuk menilai prestasi bahan termoelektrik. Semakin tinggi nilai ZT, semakin tinggi kecekapan penyejukan.
Perbezaan suhu antara hujung panas dan sejuk: Kesan pelesapan haba pada hujung pelesapan haba secara langsung menentukan kapasiti penyejukan pada hujung penyejukan. Jika pelesapan haba tidak lancar, perbezaan suhu antara hujung panas dan sejuk akan menyempit, dan kecekapan penyejukan akan menurun dengan mendadak.
Arus kerja: Dalam julat undian, peningkatan arus meningkatkan kapasiti penyejukan. Walau bagaimanapun, sebaik sahaja ambang dilampaui, kecekapan akan berkurangan disebabkan oleh peningkatan haba Joule.
II Sejarah pembangunan dan penemuan teknologi unit penyejukan termoelektrik (sistem penyejukan peltier)
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembangunan komponen penyejukan termoelektrik telah memberi tumpuan kepada dua arah utama: inovasi bahan dan pengoptimuman struktur.
Penyelidikan dan pembangunan bahan termoelektrik berprestasi tinggi
Nilai ZT bagi bahan tradisional berasaskan Bi₂Te₃ telah ditingkatkan kepada 1.2-1.5 melalui pendopan (seperti Sb, Se) dan rawatan nano.
Bahan baharu seperti plumbum telluride (PbTe) dan aloi silikon-germanium (SiGe) menunjukkan prestasi yang sangat baik dalam senario suhu sederhana dan tinggi (200 hingga 500℃).
Bahan baharu seperti bahan termoelektrik komposit organik-bukan organik dan penebat topologi dijangka dapat mengurangkan lagi kos dan meningkatkan kecekapan.
Pengoptimuman struktur komponen
Reka bentuk pengecilan saiz: Sediakan termopil skala mikron melalui teknologi MEMS (Sistem Mikro-Elektro-Mekanikal) untuk memenuhi keperluan pengecilan saiz elektronik pengguna.
Integrasi modular: Sambungkan berbilang unit termoelektrik secara siri atau selari untuk membentuk modul penyejukan termoelektrik berkuasa tinggi, penyejuk peltier, peranti peltier, memenuhi keperluan penyejukan termoelektrik gred perindustrian.
Struktur pelesapan haba bersepadu: Integrasikan sirip penyejuk dengan sirip pelesapan haba dan paip haba untuk meningkatkan kecekapan pelesapan haba dan mengurangkan jumlah keseluruhan.
III Senario aplikasi tipikal unit penyejukan termoelektrik, komponen penyejukan termoelektrik
Kelebihan terbesar unit penyejukan termoelektrik terletak pada sifat keadaan pepejalnya, operasi bebas hingar dan kawalan suhu yang tepat. Oleh itu, ia memegang kedudukan yang tidak dapat digantikan dalam senario di mana pemampat tidak sesuai untuk penyejukan.
Dalam bidang elektronik pengguna
Pelesapan haba telefon bimbit: Telefon permainan mewah dilengkapi dengan modul penyejukan termoelektrik mikro, modul TEC, peranti peltier, modul peltier, yang, digabungkan dengan sistem penyejukan cecair, dapat menurunkan suhu cip dengan cepat, mencegah pengurangan frekuensi akibat terlalu panas semasa permainan.
Peti sejuk kereta, Penyejuk kereta: Peti sejuk kereta kecil kebanyakannya menggunakan teknologi penyejukan termoelektrik, yang menggabungkan fungsi penyejukan dan pemanasan (pemanasan boleh dicapai dengan menukar arah arus). Saiznya kecil, penggunaan tenaga yang rendah, dan serasi dengan bekalan kuasa 12V kereta.
Cawan penyejuk minuman/cawan bertebat: Cawan penyejuk mudah alih ini dilengkapi dengan plat penyejuk mikro terbina dalam, yang boleh menyejukkan minuman dengan cepat hingga 5 hingga 15 darjah Celsius tanpa bergantung pada peti sejuk.
2. Bidang perubatan dan biologi
Peralatan kawalan suhu yang tepat: seperti instrumen PCR (instrumen tindak balas rantai polimerase) dan peti sejuk darah, memerlukan persekitaran suhu rendah yang stabil. Komponen penyejukan semikonduktor boleh mencapai kawalan suhu yang tepat dalam lingkungan ±0.1℃, dan tiada risiko pencemaran bahan pendingin.
Peranti perubatan mudah alih: seperti kotak penyejukan insulin, yang bersaiz kecil dan mempunyai hayat bateri yang panjang, sesuai untuk dibawa oleh pesakit diabetes semasa keluar, bagi memastikan suhu penyimpanan insulin.
Kawalan suhu peralatan laser: Komponen teras peranti rawatan laser perubatan (seperti laser) sensitif terhadap suhu, dan komponen penyejukan semikonduktor boleh menghilangkan haba dalam masa nyata untuk memastikan operasi peralatan yang stabil.
3. Bidang perindustrian dan aeroangkasa
Peralatan penyejukan berskala kecil perindustrian: seperti ruang ujian penuaan komponen elektronik dan mandian suhu malar instrumen ketepatan, yang memerlukan persekitaran suhu rendah tempatan, unit penyejukan termoelektrik, komponen termoelektrik boleh disesuaikan dengan kuasa penyejukan mengikut keperluan.
Peralatan aeroangkasa: Peranti elektronik dalam kapal angkasa menghadapi kesukaran untuk menghilangkan haba dalam persekitaran vakum. Sistem penyejukan termoelektrik, unit penyejukan termoelektrik, komponen termoelektrik, sebagai peranti keadaan pepejal, sangat andal dan bebas getaran, serta boleh digunakan untuk kawalan suhu peralatan elektronik dalam satelit dan stesen angkasa.
4. Senario baru yang lain
Peranti boleh pakai: Topi keledar penyejuk pintar dan sut penyejuk, dengan plat penyejukan termoelektrik fleksibel terbina dalam, boleh memberikan penyejukan setempat untuk tubuh manusia dalam persekitaran suhu tinggi dan sesuai untuk pekerja luar.
Logistik rantaian sejuk: Kotak pembungkusan rantaian sejuk kecil, yang dikuasakan oleh penyejukan termoelektrik, penyejukan peltier dan bateri, boleh digunakan untuk pengangkutan vaksin dan hasil segar jarak dekat tanpa bergantung pada trak peti sejuk yang besar.
IV. Had dan Trend Pembangunan unit penyejukan termoelektrik, komponen penyejukan peltier
Had sedia ada
Kecekapan penyejukan agak rendah: Nisbah kecekapan tenaga (COP) biasanya antara 0.3 dan 0.8, yang jauh lebih rendah daripada penyejukan pemampat (COP boleh mencapai 2 hingga 5), dan tidak sesuai untuk senario penyejukan berskala besar dan berkapasiti tinggi.
Keperluan pelesapan haba yang tinggi: Jika haba di hujung pelesapan haba tidak dapat dinyahcas tepat pada masanya, ia akan menjejaskan kesan penyejukan dengan serius. Oleh itu, ia mesti dilengkapi dengan sistem pelesapan haba yang cekap, yang mengehadkan aplikasi dalam beberapa senario padat.
Kos tinggi: Kos penyediaan bahan termoelektrik berprestasi tinggi (seperti Bi₂Te₃ yang didop nano) adalah lebih tinggi daripada bahan penyejukan tradisional, mengakibatkan harga komponen mewah yang agak tinggi.
2. Trend pembangunan masa hadapan
Penemuan bahan: Membangunkan bahan termoelektrik bernilai ZT tinggi dan berkos rendah, dengan matlamat untuk meningkatkan nilai ZT suhu bilik kepada lebih 2.0 dan merapatkan jurang kecekapan dengan penyejukan pemampat.
Fleksibiliti dan penyepaduan: Membangunkan modul penyejukan termoelektrik fleksibel, modul TEC, modul termoelektrik, peranti peltier, modul peltier, penyejuk peltier, untuk menyesuaikan diri dengan peranti permukaan melengkung (seperti telefon bimbit skrin fleksibel dan peranti boleh pakai pintar); Menggalakkan penyepaduan komponen penyejukan termoelektrik dengan cip dan sensor untuk mencapai "kawalan suhu peringkat cip".
Reka bentuk penjimatan tenaga: Dengan mengintegrasikan teknologi Internet of Things (iot), kawalan mula-henti dan kuasa pintar komponen penyejukan dapat dicapai, sekali gus mengurangkan penggunaan tenaga secara keseluruhan.
V. Ringkasan
Unit penyejukan termoelektrik, unit penyejukan peltier, sistem penyejukan termoelektrik, dengan kelebihan uniknya iaitu keadaan pepejal, senyap dan dikawal suhunya dengan tepat, menduduki kedudukan penting dalam bidang seperti elektronik pengguna, penjagaan perubatan dan aeroangkasa. Dengan peningkatan berterusan teknologi bahan termoelektrik dan reka bentuk struktur, isu kecekapan dan kos penyejukannya akan bertambah baik secara beransur-ansur, dan ia dijangka akan menggantikan teknologi penyejukan tradisional dalam senario yang lebih spesifik pada masa hadapan.
Masa siaran: 12 Dis-2025
