Njësia ftohëse termoelektrike, ftohësi Peltier (i njohur edhe si komponentë ftohës termoelektrikë) janë pajisje ftohëse në gjendje të ngurtë të bazuara në efektin Peltier. Ato kanë avantazhet e mungesës së lëvizjes mekanike, mungesës së ftohësit, madhësisë së vogël, reagimit të shpejtë dhe kontrollit të saktë të temperaturës. Në vitet e fundit, zbatimet e tyre në elektronikën e konsumit, kujdesin mjekësor, automobilat dhe fusha të tjera kanë vazhduar të zgjerohen.
I. Parimet thelbësore të sistemit termoelektrik të ftohjes dhe komponentëve të tij
Bërthama e ftohjes termoelektrike është efekti Peltier: kur dy materiale të ndryshme gjysmëpërçuese (tipi P dhe tipi N) formojnë një çift termoçiftesh dhe aplikohet një rrymë e vazhdueshme, njëra anë e çiftit termoçiftesh do të thithë nxehtësinë (skaji ftohës) dhe ana tjetër do të lirojë nxehtësinë (skaji i shpërndarjes së nxehtësisë). Duke ndryshuar drejtimin e rrymës, skaji ftohës dhe skaji i shpërndarjes së nxehtësisë mund të ndërrohen.
Performanca e tij e ftohjes varet kryesisht nga tre parametra kryesorë:
Koeficienti termoelektrik i meritës (vlera ZT): Është një tregues kyç për vlerësimin e performancës së materialeve termoelektrike. Sa më e lartë të jetë vlera ZT, aq më e lartë është efikasiteti i ftohjes.
Diferenca e temperaturës midis skajeve të nxehta dhe të ftohta: Efekti i shpërndarjes së nxehtësisë në skajin e shpërndarjes së nxehtësisë përcakton drejtpërdrejt kapacitetin ftohës në skajin e ftohjes. Nëse shpërndarja e nxehtësisë nuk është e lëmuar, diferenca e temperaturës midis skajeve të nxehta dhe të ftohta do të ngushtohet dhe efikasiteti i ftohjes do të bjerë ndjeshëm.
Rryma e punës: Brenda diapazonit të vlerësuar, një rritje e rrymës rrit kapacitetin e ftohjes. Megjithatë, sapo të tejkalohet pragu, efikasiteti do të ulet për shkak të një rritjeje të nxehtësisë xhaul.
II Historia e zhvillimit dhe përparimet teknologjike të njësive termoelektrike të ftohjes (sistemi i ftohjes Peltier)
Në vitet e fundit, zhvillimi i komponentëve termoelektrikë të ftohjes është përqendruar në dy drejtime kryesore: inovacionin e materialeve dhe optimizimin strukturor.
Hulumtimi dhe zhvillimi i materialeve termoelektrike me performancë të lartë
Vlera ZT e materialeve tradicionale me bazë Bi₂Te₃ është rritur në 1.2-1.5 nëpërmjet dopingut (si Sb, Se) dhe trajtimit në nanoshkalë.
Materialet e reja si telluridi i plumbit (PbTe) dhe aliazhi silic-germanium (SiGe) performojnë jashtëzakonisht mirë në skenarë të temperaturave të mesme dhe të larta (200 deri në 500℃).
Materialet e reja si materialet termoelektrike kompozite organike-inorganike dhe izolatorët topologjikë pritet të ulin më tej kostot dhe të përmirësojnë efikasitetin.
Optimizimi i strukturës së komponentëve
Projektimi i miniaturizimit: Përgatitni termopile në shkallë mikroni përmes teknologjisë MEMS (Sisteme Mikro-Elektro-Mekanike) për të përmbushur kërkesat e miniaturizimit të elektronikës së konsumit.
Integrimi modular: Lidhni njësi të shumta termoelektrike në seri ose paralel për të formuar module ftohjeje termoelektrike me fuqi të lartë, ftohës Peltier, pajisje Peltier, që plotësojnë kërkesat e ftohjes termoelektrike të gradës industriale.
Struktura e integruar e shpërndarjes së nxehtësisë: Integroni fletët e ftohjes me fletët e shpërndarjes së nxehtësisë dhe tubat e nxehtësisë për të rritur efikasitetin e shpërndarjes së nxehtësisë dhe për të zvogëluar vëllimin e përgjithshëm.
III Skenarët tipikë të aplikimit të njësive termoelektrike të ftohjes, komponentëve termoelektrikë të ftohjes
Avantazhi më i madh i njësive ftohëse termoelektrike qëndron në natyrën e tyre në gjendje të ngurtë, funksionimin pa zhurmë dhe kontrollin e saktë të temperaturës. Prandaj, ato zënë një pozicion të pazëvendësueshëm në skenarët ku kompresorët nuk janë të përshtatshëm për ftohje.
Në fushën e elektronikës së konsumit
Shpërndarja e nxehtësisë së telefonit celular: Telefonat e lojërave të nivelit të lartë janë të pajisur me module ftohëse mikro termoelektrike, module TEC, pajisje Peltier, module Peltier, të cilat, në kombinim me sistemet e ftohjes me lëng, mund ta ulin shpejt temperaturën e çipit, duke parandaluar uljen e frekuencës për shkak të mbinxehjes gjatë lojërave.
Frigoriferë makinash, ftohës makinash: Frigoriferët e vegjël të makinave përdorin kryesisht teknologjinë termoelektrike të ftohjes, e cila kombinon funksionet e ftohjes dhe ngrohjes (ngrohja mund të arrihet duke ndryshuar drejtimin e rrymës). Ato janë të vogla në madhësi, me konsum të ulët energjie dhe të pajtueshme me furnizimin me energji 12V të një makine.
Filxhan ftohës për pije/filxhan i izoluar: Filxhani ftohës portativ është i pajisur me një pllakë mikroftohëse të integruar, e cila mund të ftohë shpejt pijet në 5 deri në 15 gradë Celsius pa u mbështetur në frigorifer.
2. Fushat mjekësore dhe biologjike
Pajisjet e kontrollit të saktë të temperaturës: të tilla si instrumentet PCR (instrumentet e reaksionit zinxhir të polimerazës) dhe frigoriferët e gjakut, kërkojnë një mjedis të qëndrueshëm me temperaturë të ulët. Komponentët gjysmëpërçues të ftohjes mund të arrijnë kontroll të saktë të temperaturës brenda ±0.1℃, dhe nuk ka rrezik të kontaminimit të ftohësit.
Pajisjet mjekësore portative: të tilla si kutitë e ftohjes së insulinës, të cilat janë të vogla në madhësi dhe kanë jetëgjatësi të gjatë të baterisë, janë të përshtatshme për pacientët diabetikë për t'i mbajtur me vete kur dalin jashtë, duke siguruar temperaturën e ruajtjes së insulinës.
Kontrolli i temperaturës së pajisjeve me lazer: Komponentët kryesorë të pajisjeve mjekësore të trajtimit me lazer (siç janë lazerët) janë të ndjeshëm ndaj temperaturës, dhe komponentët ftohës gjysmëpërçues mund të shpërndajnë nxehtësinë në kohë reale për të siguruar funksionimin e qëndrueshëm të pajisjeve.
3. Fushat industriale dhe hapësinore
Pajisjet industriale të ftohjes në shkallë të vogël: të tilla si dhomat e testimit të plakjes së komponentëve elektronikë dhe banjot me temperaturë konstante të instrumenteve precize, të cilat kërkojnë një mjedis lokal me temperaturë të ulët, njësitë termoelektrike të ftohjes, komponentët termoelektrikë mund të personalizohen me fuqi ftohjeje sipas nevojës.
Pajisjet hapësinore: Pajisjet elektronike në anijet kozmike kanë vështirësi në shpërndarjen e nxehtësisë në një mjedis vakumi. Sistemet termoelektrike të ftohjes, njësitë termoelektrike të ftohjes, përbërësit termoelektrikë, si pajisje në gjendje të ngurtë, janë shumë të besueshme dhe pa dridhje, dhe mund të përdoren për kontrollin e temperaturës së pajisjeve elektronike në satelitë dhe stacione hapësinore.
4. Skenarë të tjerë në zhvillim e sipër
Pajisje të veshshme: Kaskat dhe kostumet ftohëse inteligjente, me pllaka ftohëse termoelektrike fleksibile të integruara, mund të sigurojnë ftohje lokale për trupin e njeriut në mjedise me temperaturë të lartë dhe janë të përshtatshme për punëtorët në natyrë.
Logjistika e zinxhirit të ftohtë: Kuti të vogla paketimi me zinxhir të ftohtë, të mundësuara nga ftohja termoelektrike, ftohja Peltier dhe bateritë, mund të përdoren për transportin në distanca të shkurtra të vaksinave dhe produkteve të freskëta pa u mbështetur në kamionë të mëdhenj frigoriferikë.
IV. Kufizimet dhe Trendet e Zhvillimit të njësive termoelektrike të ftohjes, komponentëve të ftohjes Peltier
Kufizimet ekzistuese
Efikasiteti i ftohjes është relativisht i ulët: Raporti i tij i efikasitetit të energjisë (COP) është zakonisht midis 0.3 dhe 0.8, që është shumë më i ulët se ai i ftohjes me kompresor (COP mund të arrijë 2 deri në 5) dhe nuk është i përshtatshëm për skenarë ftohjeje në shkallë të gjerë dhe me kapacitet të lartë.
Kërkesa të larta për shpërndarje të nxehtësisë: Nëse nxehtësia në skajin e shpërndarjes së nxehtësisë nuk mund të shkarkohet në kohë, kjo do të ndikojë seriozisht në efektin e ftohjes. Prandaj, duhet të jetë e pajisur me një sistem efikas të shpërndarjes së nxehtësisë, gjë që kufizon aplikimin në disa skenarë kompaktë.
Kosto e lartë: Kostoja e përgatitjes së materialeve termoelektrike me performancë të lartë (siç është Bi₂Te₃ i nanodapuar) është më e lartë se ajo e materialeve tradicionale të ftohjes, duke rezultuar në një çmim relativisht të lartë të komponentëve të nivelit të lartë.
2. Trendet e zhvillimit të ardhshëm
Përparim në materiale: Zhvilloni materiale termoelektrike me kosto të ulët dhe vlerë të lartë ZT, me qëllim rritjen e vlerës ZT në temperaturën e dhomës në mbi 2.0 dhe ngushtimin e hendekut të efikasitetit me ftohjen me kompresor.
Fleksibiliteti dhe integrimi: Zhvillimi i moduleve fleksibël të ftohjes termoelektrike, moduleve TEC, moduleve termoelektrike, pajisjeve Peltier, moduleve Peltier, ftohësve Peltier, për t'u përshtatur pajisjeve me sipërfaqe të lakuar (siç janë telefonat celularë me ekran fleksibël dhe pajisjet inteligjente të veshshme); Promovimi i integrimit të komponentëve të ftohjes termoelektrike me çipa dhe sensorë për të arritur "kontrollin e temperaturës në nivel çipi".
Dizajn që kursen energji: Duke integruar teknologjinë e Internetit të Gjërave (iot), arrihet ndezja-fikja inteligjente dhe rregullimi i fuqisë së komponentëve të ftohjes, duke zvogëluar konsumin e përgjithshëm të energjisë.
V. Përmbledhje
Njësitë ftohëse termoelektrike, njësitë ftohëse peltier, sistemet ftohëse termoelektrike, me avantazhet e tyre unike të të qenit në gjendje të ngurtë, të heshtura dhe të kontrolluara me saktësi nga temperatura, zënë një pozicion të rëndësishëm në fusha të tilla si elektronika e konsumatorit, kujdesi mjekësor dhe hapësira ajrore. Me përmirësimin e vazhdueshëm të teknologjisë së materialeve termoelektrike dhe projektimit strukturor, çështjet e efikasitetit dhe kostos së ftohjes do të përmirësohen gradualisht, dhe pritet të zëvendësojë teknologjinë tradicionale të ftohjes në skenarë më specifikë në të ardhmen.
Koha e postimit: 12 dhjetor 2025
