Termo-elektriese verkoelingseenhede, Peltier-verkoelers (ook bekend as termo-elektriese verkoelingskomponente) is vastetoestand-verkoelingstoestelle gebaseer op die Peltier-effek. Hulle het die voordele van geen meganiese beweging, geen koelmiddel nie, klein grootte, vinnige reaksie en presiese temperatuurbeheer. In onlangse jare het hul toepassings in verbruikerselektronika, mediese sorg, motors en ander velde voortgegaan om uit te brei.
I. Kernbeginsels van termo-elektriese verkoelingstelsel en komponente
Die kern van termo-elektriese verkoeling is die Peltier-effek: wanneer twee verskillende halfgeleiermateriale (P-tipe en N-tipe) 'n termokoppelpaar vorm en 'n gelykstroom toegepas word, sal die een kant van die termokoppelpaar hitte absorbeer (verkoelende kant), en die ander kant sal hitte vrystel (hitte-afvoerende kant). Deur die rigting van die stroom te verander, kan die verkoelende kant en die hitte-afvoerende kant omgeruil word.
Die verkoelingsprestasie daarvan hang hoofsaaklik van drie kernparameters af:
Termoëlektriese koëffisiënt van meriete (ZT-waarde): Dit is 'n sleutelaanwyser vir die evaluering van die werkverrigting van termoëlektriese materiale. Hoe hoër die ZT-waarde, hoe hoër die verkoelingsdoeltreffendheid.
Die temperatuurverskil tussen die warm en koue punte: Die hitte-afvoer-effek aan die hitte-afvoer-punt bepaal direk die verkoelingskapasiteit aan die verkoel-punt. As die hitte-afvoer nie glad is nie, sal die temperatuurverskil tussen die warm en koue punte vernou, en die verkoelingsdoeltreffendheid sal skerp daal.
Werkstroom: Binne die nominale reeks verbeter 'n toename in stroom die verkoelingskapasiteit. Sodra die drempel egter oorskry word, sal die doeltreffendheid afneem as gevolg van 'n toename in Joule-hitte.
II Die ontwikkelingsgeskiedenis en tegnologiese deurbrake van termo-elektriese verkoelingseenhede (peltier-verkoelingstelsel)
In onlangse jare het die ontwikkeling van termo-elektriese verkoelingskomponente op twee hoofrigtings gefokus: materiaalinnovasie en strukturele optimalisering.
Navorsing en ontwikkeling van hoëprestasie-termoëlektriese materiale
Die ZT-waarde van tradisionele Bi₂Te₃-gebaseerde materiale is verhoog tot 1.2-1.5 deur doping (soos Sb, Se) en nanoskaalbehandeling.
Nuwe materiale soos loodtelluried (PbTe) en silikon-germaniumlegering (SiGe) presteer besonder goed in medium- en hoëtemperatuurscenario's (200 tot 500 ℃).
Nuwe materiale soos organies-anorganiese saamgestelde termo-elektriese materiale en topologiese isolators sal na verwagting koste verder verminder en doeltreffendheid verbeter.
Optimalisering van komponentstruktuur
Miniaturisasie-ontwerp: Berei mikronskaal-termopile voor deur middel van MEMS (Mikro-Elektro-Meganiese Stelsels) tegnologie om aan die miniaturisasievereistes van verbruikerselektronika te voldoen.
Modulêre integrasie: Koppel verskeie termo-elektriese eenhede in serie of parallel om hoë-krag termo-elektriese verkoelingsmodules, peltier-koelers, peltier-toestelle te vorm, wat aan industriële termo-elektriese verkoelingsvereistes voldoen.
Geïntegreerde hitte-afvoerstruktuur: Integreer die koelvinne met die hitte-afvoervinne en hittepype om hitte-afvoerdoeltreffendheid te verbeter en die algehele volume te verminder.
III Tipiese toepassingscenario's van termo-elektriese verkoelingseenhede, termo-elektriese verkoelingskomponente
Die grootste voordeel van termo-elektriese verkoelingseenhede lê in hul vastetoestand-aard, geraasvrye werking en presiese temperatuurbeheer. Daarom beklee hulle 'n onvervangbare posisie in scenario's waar kompressors nie geskik is vir verkoeling nie.
In die veld van verbruikerselektronika
Hitteverspreiding van selfone: Hoë-end-speelfone is toegerus met mikro-termo-elektriese verkoelingsmodules, TEC-modules, Peltier-toestelle, Peltier-modules, wat in kombinasie met vloeistofverkoelingstelsels die skyfietemperatuur vinnig kan verlaag, wat frekwensievermindering as gevolg van oorverhitting tydens speletjies voorkom.
Motoryskaste, Motorkoelers: Klein motoryskaste gebruik meestal termo-elektriese verkoelingstegnologie, wat verkoelings- en verhittingsfunksies kombineer (verhitting kan bereik word deur die stroomrigting te verander). Hulle is klein in grootte, laag in energieverbruik en versoenbaar met die 12V-kragtoevoer van 'n motor.
Drankkoelbeker/geïsoleerde beker: Die draagbare koelbeker is toegerus met 'n ingeboude mikrokoelplaat wat drankies vinnig tot 5 tot 15 grade Celsius kan afkoel sonder om op 'n yskas staat te maak.
2. Mediese en biologiese velde
Presiese temperatuurbeheertoerusting: soos PCR-instrumente (polimerase-kettingreaksie-instrumente) en bloedkoelers, benodig 'n stabiele laetemperatuuromgewing. Halfgeleier-verkoelingskomponente kan presiese temperatuurbeheer binne ±0.1 ℃ bereik, en daar is geen risiko van koelmiddelbesoedeling nie.
Draagbare mediese toestelle: soos insulien-verkoelingsbokse, wat klein is en 'n lang batterylewe het, is geskik vir diabetiese pasiënte om te dra wanneer hulle uitgaan, wat die bergingstemperatuur van insulien verseker.
Temperatuurbeheer van lasertoerusting: Die kernkomponente van mediese laserbehandelingstoestelle (soos lasers) is sensitief vir temperatuur, en die halfgeleierverkoelingskomponente kan hitte intyds versprei om die stabiele werking van die toerusting te verseker.
3. Industriële en lugvaartvelde
Industriële kleinskaalse verkoelingstoerusting: soos elektroniese komponentverouderingstoetskamers en presisie-instrumentkonstante temperatuurbaddens, wat 'n plaaslike laetemperatuuromgewing vereis, termo-elektriese verkoelingseenhede, termo-elektriese komponente kan aangepas word met verkoelingskrag soos nodig.
Lugvaarttoerusting: Elektroniese toestelle in ruimtetuie sukkel om hitte in 'n vakuumomgewing af te voer. Termo-elektriese verkoelingstelsels, termo-elektriese verkoelingseenhede, termo-elektriese komponente, as vastetoestandtoestelle, is hoogs betroubaar en vibrasievry, en kan gebruik word vir temperatuurbeheer van elektroniese toerusting in satelliete en ruimtestasies.
4. Ander opkomende scenario's
Draagbare toestelle: Slim verkoelingshelms en verkoelingspakke, met ingeboude buigsame termo-elektriese verkoelingsplate, kan plaaslike verkoeling vir die menslike liggaam in hoëtemperatuuromgewings bied en is geskik vir buitelugwerkers.
Koukettinglogistiek: Klein kouekettingverpakkingsbokse, aangedryf deur termo-elektriese verkoeling, Peltier-verkoeling en batterye, kan gebruik word vir kortafstandvervoer van entstowwe en vars produkte sonder om op groot verkoelde vragmotors staat te maak.
IV. Beperkings en ontwikkelingstendense van termo-elektriese verkoelingseenhede, peltier-verkoelingskomponente
Bestaande beperkings
Die verkoelingsdoeltreffendheid is relatief laag: Die energie-doeltreffendheidsverhouding (COP) is gewoonlik tussen 0.3 en 0.8, wat baie laer is as dié van kompressorverkoeling (COP kan 2 tot 5 bereik), en is nie geskik vir grootskaalse en hoëkapasiteit-verkoelingscenario's nie.
Hoë hitte-afvoervereistes: As die hitte aan die hitte-afvoerkant nie betyds afgevoer kan word nie, sal dit die verkoelingseffek ernstig beïnvloed. Daarom moet dit toegerus wees met 'n doeltreffende hitte-afvoerstelsel, wat die toepassing in sommige kompakte scenario's beperk.
Hoë koste: Die voorbereidingskoste van hoëprestasie-termoëlektriese materiale (soos nano-gedoteerde Bi₂Te₃) is hoër as dié van tradisionele verkoelingsmateriale, wat lei tot 'n relatief hoë prys van hoëgehalte-komponente.
2. Toekomstige ontwikkelingstendense
Materiaaldeurbraak: Ontwikkel laekoste, hoë-ZT-waarde termo-elektriese materiale, met die doel om die kamertemperatuur ZT-waarde tot meer as 2.0 te verhoog en die doeltreffendheidsgaping met kompressorverkoeling te vernou.
Buigsaamheid en integrasie: Ontwikkel buigsame termo-elektriese verkoelingsmodules, TEC-modules, termo-elektriese modules, Peltier-toestelle, Peltier-modules, Peltier-verkoelers, om aan te pas by geboë oppervlaktoestelle (soos buigsame skerm-selfone en slim draagbare toestelle); Bevorder die integrasie van termo-elektriese verkoelingskomponente met skyfies en sensors om "skyfievlaktemperatuurbeheer" te bereik.
Energiebesparende ontwerp: Deur die integrasie van Internet of Things (IoT)-tegnologie word intelligente aan-stop en kragregulering van die verkoelingskomponente bereik, wat die algehele energieverbruik verminder.
V. Opsomming
Termo-elektriese verkoelingseenhede, peltier-verkoelingseenhede, termo-elektriese verkoelingstelsels, met hul unieke voordele van vastetoestand, stil en presies temperatuurbeheer, beklee 'n belangrike posisie in velde soos verbruikerselektronika, mediese sorg en lugvaart. Met die voortdurende opgradering van termo-elektriese materiaaltegnologie en strukturele ontwerp, sal die kwessies van die verkoelingsdoeltreffendheid en koste daarvan geleidelik verbeter, en daar word verwag dat dit tradisionele verkoelingstegnologie in meer spesifieke scenario's in die toekoms sal vervang.
Plasingstyd: 12 Desember 2025
