Термоелектрична расхладна јединица, Пелтие хладњак (такође познат као термоелектричне компоненте за хлађење) су чврсти уређаји за хлађење засновани на Пелтиеовом ефекту. Њихове предности су што немају механичко кретање, немају расхладно средство, мале су величине, брзог одзива и прецизне контроле температуре. Последњих година, њихова примена у потрошачкој електроници, медицинској нези, аутомобилима и другим областима се наставила ширити.
I. Основни принципи термоелектричног система за хлађење и његове компоненте
Суштина термоелектричног хлађења је Пелтијеов ефекат: када два различита полупроводничка материјала (P-тип и N-тип) формирају термопар и примени се једносмерна струја, један крај термопара ће апсорбовати топлоту (крај за хлађење), а други крај ће ослобађати топлоту (крај за одвођење топлоте). Променом смера струје, крај за хлађење и крај за одвођење топлоте могу се заменити.
Његове перформансе хлађења углавном зависе од три основна параметра:
Термоелектрични коефицијент вредности (ZT вредност): То је кључни индикатор за процену перформанси термоелектричних материјала. Што је већа ZT вредност, већа је ефикасност хлађења.
Температурна разлика између топлог и хладног краја: Ефекат одвођења топлоте на крају одвођења топлоте директно одређује капацитет хлађења на крају хлађења. Ако одвођење топлоте није равномерно, температурна разлика између топлог и хладног краја ће се смањити, а ефикасност хлађења ће нагло пасти.
Радна струја: Унутар номиналног опсега, повећање струје повећава капацитет хлађења. Међутим, када се прекорачи праг, ефикасност ће се смањити због повећања Џулове топлоте.
II Историја развоја и технолошки продори термоелектричних расхладних јединица (Пелтијеов систем хлађења)
Последњих година, развој термоелектричних компоненти за хлађење фокусиран је на два главна правца: иновације материјала и структурну оптимизацију.
Истраживање и развој високоперформансних термоелектричних материјала
ZT вредност традиционалних материјала на бази Bi₂Te₃ је повећана на 1,2-1,5 допирањем (као што су Sb, Se) и наноразмерном обрадом.
Нови материјали као што су телурид олова (PbTe) и легура силицијума и германијума (SiGe) изузетно добро се показују у сценаријима средњих и високих температура (200 до 500 ℃).
Очекује се да ће нови материјали као што су органско-неоргански композитни термоелектрични материјали и тополошки изолатори додатно смањити трошкове и побољшати ефикасност.
Оптимизација структуре компоненти
Минијатуризациони дизајн: Припремите термоелектричне елементе микронске величине помоћу MEMS (микро-електро-механичких система) технологије како бисте испунили захтеве минијатуризације потрошачке електронике.
Модуларна интеграција: Повежите више термоелектричних јединица серијски или паралелно да бисте формирали термоелектричне модуле за хлађење велике снаге, Пелтие хладњаке, Пелтие уређаје, испуњавајући захтеве индустријског термоелектричног хлађења.
Интегрисана структура за одвођење топлоте: Интегришите пераја за хлађење са перајима за одвођење топлоте и топлотним цевима како бисте побољшали ефикасност одвођења топлоте и смањили укупну запремину.
III Типични сценарији примене термоелектричних расхладних јединица, термоелектричних расхладних компоненти
Највећа предност термоелектричних расхладних јединица лежи у њиховој чврстој природи, тихом раду и прецизној контроли температуре. Стога, оне имају незаменљиво место у сценаријима где компресори нису погодни за хлађење.
У области потрошачке електронике
Расипање топлоте мобилног телефона: Врхунски гејмерски телефони опремљени су микро термоелектричним модулима за хлађење, ТЕЦ модулима, Пелтие уређајима, Пелтие модулима, који у комбинацији са системима за течно хлађење могу брзо снизити температуру чипа, спречавајући смањење фреквенције услед прегревања током играња.
Аутомобилски фрижидери, Аутомобилски хладњаци: Мали аутомобилски фрижидери углавном користе термоелектричну технологију хлађења, која комбинује функције хлађења и грејања (грејање се може постићи променом смера струје). Мале су величине, потроше мало енергије и компатибилни су са напајањем од 12V у аутомобилу.
Шоља за хлађење пића/изолована шоља: Преносива шоља за хлађење је опремљена уграђеном микро плочом за хлађење, која може брзо да охлади пића на 5 до 15 степени Целзијуса без ослањања на фрижидер.
2. Медицинске и биолошке области
Прецизна опрема за контролу температуре: као што су PCR инструменти (инструменти за полимеразну ланчану реакцију) и фрижидери за крв, захтевају стабилно окружење на ниској температури. Полупроводничке компоненте за хлађење могу постићи прецизну контролу температуре у оквиру ±0,1℃, и не постоји ризик од контаминације расхладног средства.
Преносиви медицински уређаји: као што су кутије за хлађење инсулина, које су мале величине и имају дуго трајање батерије, погодне су за дијабетичаре да их носе када излазе, обезбеђујући температуру складиштења инсулина.
Контрола температуре ласерске опреме: Основне компоненте медицинских уређаја за ласерски третман (као што су ласери) су осетљиве на температуру, а полупроводничке компоненте за хлађење могу расипати топлоту у реалном времену како би се осигурао стабилан рад опреме.
3. Индустријска и ваздухопловна област
Индустријска опрема за хлађење малих размера: као што су коморе за испитивање старења електронских компоненти и прецизне инструменте са константном температуром, којима је потребно локално окружење са ниском температуром, термоелектричне јединице за хлађење, термоелектричне компоненте се могу прилагодити снагом хлађења по потреби.
Аерокосмичка опрема: Електронски уређаји у свемирским летелицама имају потешкоћа са одвођењем топлоте у вакуумском окружењу. Термоелектрични системи за хлађење, термоелектричне јединице за хлађење, термоелектричне компоненте, као чврсти уређаји, су веома поуздани и без вибрација, и могу се користити за контролу температуре електронске опреме у сателитима и свемирским станицама.
4. Други новонастајући сценарији
Носиви уређаји: Паметне кациге за хлађење и одела за хлађење, са уграђеним флексибилним термоелектричним плочама за хлађење, могу да обезбеде локално хлађење људског тела у окружењима са високом температуром и погодни су за раднике на отвореном.
Логистика хладног ланца: Мале кутије за паковање у хладном ланцу, које се напајају термоелектричним хлађењем, Пелтиеовим хлађењем и батеријама, могу се користити за транспорт вакцина и свежих производа на кратке удаљености без ослањања на велике камионе-хладњаче.
IV. Ограничења и трендови развоја термоелектричних расхладних јединица, Пелтиеових компоненти за хлађење
Постојећа ограничења
Ефикасност хлађења је релативно ниска: његов коефицијент енергетске ефикасности (COP) је обично између 0,3 и 0,8, што је знатно ниже од компресорског хлађења (COP може достићи 2 до 5), и није погодан за сценарије хлађења великих размера и великог капацитета.
Високи захтеви за одвођење топлоте: Ако се топлота на крају одвођења топлоте не може благовремено одвести, то ће озбиљно утицати на ефекат хлађења. Стога мора бити опремљен ефикасним системом за одвођење топлоте, што ограничава примену у неким компактним сценаријима.
Висока цена: Трошкови припреме високоперформансних термоелектричних материјала (као што је нано-допирани Bi₂Te₃) су виши него код традиционалних материјала за хлађење, што резултира релативно високом ценом врхунских компоненти.
2. Будући развојни трендови
Пробој у области материјала: Развој јефтиних термоелектричних материјала са високом ZT вредношћу, са циљем повећања ZT вредности на собној температури на преко 2,0 и смањења јаза у ефикасности у односу на компресорско хлађење.
Флексибилност и интеграција: Развити флексибилне термоелектричне модуле за хлађење, ТЕЦ модуле, термоелектричне модуле, Пелтие уређаје, Пелтие модуле, Пелтие хладњаке, како би се прилагодили уређајима са закривљеним површинама (као што су мобилни телефони са флексибилним екранима и паметни носиви уређаји); Промовисати интеграцију термоелектричних компоненти за хлађење са чиповима и сензорима како би се постигла „контрола температуре на нивоу чипа“.
Дизајн који штеди енергију: Интеграцијом технологије Интернета ствари (IoT) постиже се интелигентно покретање-заустављање и регулација снаге компоненти за хлађење, смањујући укупну потрошњу енергије.
V. Резиме
Термоелектричне јединице за хлађење, Пелтиеове јединице за хлађење, термоелектрични системи за хлађење, са својим јединственим предностима чврстог стања, тихог рада и прецизне контроле температуре, заузимају важно место у областима као што су потрошачка електроника, медицинска нега и ваздухопловство. Са континуираним унапређењем технологије термоелектричних материјала и структурног дизајна, питања њихове ефикасности хлађења и трошкова ће се постепено побољшавати, и очекује се да ће у будућности заменити традиционалну технологију хлађења у специфичнијим сценаријима.
Време објаве: 12. децембар 2025.
