Kifaa cha kupoeza cha thermoelectric, kipoeza cha peltier (pia kinachojulikana kama vipengele vya kupoeza vya thermoelectric) ni vifaa vya kupoeza vya hali ngumu kulingana na athari ya Peltier. Vina faida za kutokuwa na mwendo wa mitambo, kutokuwa na jokofu, ukubwa mdogo, mwitikio wa haraka, na udhibiti sahihi wa halijoto. Katika miaka ya hivi karibuni, matumizi yao katika vifaa vya elektroniki vya watumiaji, huduma za matibabu, magari na nyanja zingine yameendelea kupanuka.
I. Kanuni Kuu za mfumo wa kupoeza joto na vipengele
Kiini cha upoezaji wa joto ni athari ya Peltier: wakati vifaa viwili tofauti vya semiconductor (aina ya P na aina ya N) vinapounda jozi ya thermocouple na mkondo wa moja kwa moja unatumika, ncha moja ya jozi ya thermocouple itachukua joto (mwisho wa kupoeza), na ncha nyingine itatoa joto (mwisho wa kupoeza joto). Kwa kubadilisha mwelekeo wa mkondo, ncha ya kupoeza na ncha ya kupoeza joto zinaweza kubadilishwa.
Utendaji wake wa kupoeza hutegemea vigezo vitatu vya msingi:
Mgawo wa sifa ya jotoelectric (thamani ya ZT): Ni kiashiria muhimu cha kutathmini utendaji wa vifaa vya jotoelectric. Kadiri thamani ya ZT inavyokuwa juu, ndivyo ufanisi wa kupoeza unavyoongezeka.
Tofauti ya halijoto kati ya ncha za moto na baridi: Athari ya utengano wa joto kwenye ncha ya utengano wa joto huamua moja kwa moja uwezo wa upoezaji kwenye ncha ya upoezaji. Ikiwa utengano wa joto si laini, tofauti ya halijoto kati ya ncha za moto na baridi itapungua, na ufanisi wa upoezaji utapungua sana.
Mkondo wa kufanya kazi: Ndani ya kiwango kilichokadiriwa, ongezeko la mkondo huongeza uwezo wa kupoeza. Hata hivyo, mara tu kizingiti kitakapozidi, ufanisi utapungua kutokana na ongezeko la joto la Joule.
II Historia ya maendeleo na mafanikio ya kiteknolojia ya vitengo vya kupoeza joto (mfumo wa kupoeza wa peltier)
Katika miaka ya hivi karibuni, maendeleo ya vipengele vya kupoeza joto yamezingatia mwelekeo mbili kuu: uvumbuzi wa nyenzo na uboreshaji wa kimuundo.
Utafiti na uundaji wa vifaa vya joto vya hali ya juu
Thamani ya ZT ya vifaa vya jadi vyenye msingi wa Bi₂Te₃ imeongezwa hadi 1.2-1.5 kupitia doping (kama vile Sb, Se) na matibabu ya nanoscale.
Nyenzo mpya kama vile risasi telluride (PbTe) na aloi ya silikoni-germanium (SiGe) hufanya kazi vizuri sana katika halijoto ya wastani na ya juu (200 hadi 500℃).
Nyenzo mpya kama vile vifaa vya joto vya mchanganyiko wa kikaboni-isokaboni na vihami joto vya topolojia vinatarajiwa kupunguza gharama zaidi na kuboresha ufanisi.
Uboreshaji wa muundo wa vipengele
Ubunifu wa uundaji mdogo: Tayarisha thermopile za kiwango cha micron kupitia teknolojia ya MEMS (Mifumo ya Micro-Electro-Mechanical) ili kukidhi mahitaji ya uundaji mdogo wa vifaa vya elektroniki vya watumiaji.
Muunganisho wa moduli: Unganisha vitengo vingi vya jotoelektriki katika mfululizo au sambamba ili kuunda moduli za kupoeza jotoelektriki zenye nguvu nyingi, vipoeza vya peltier, vifaa vya peltier, vinavyokidhi mahitaji ya kupoeza jotoelektriki ya kiwango cha viwandani.
Muundo jumuishi wa utenganishaji joto: Unganisha mapezi ya kupoeza na mapezi ya utenganishaji joto na mabomba ya joto ili kuongeza ufanisi wa utenganishaji joto na kupunguza ujazo wa jumla.
III Mifano ya kawaida ya matumizi ya vitengo vya kupoeza joto, vipengele vya kupoeza joto
Faida kubwa zaidi ya vitengo vya kupoeza joto iko katika hali yao ya uthabiti, uendeshaji usio na kelele, na udhibiti sahihi wa halijoto. Kwa hivyo, vinashikilia nafasi isiyoweza kubadilishwa katika hali ambapo vigandamizi havifai kupoeza.
Katika uwanja wa vifaa vya elektroniki vya watumiaji
Usafishaji wa joto wa simu za mkononi: Simu za michezo ya hali ya juu zina moduli ndogo za kupoeza joto, moduli za TEC, vifaa vya peltier, moduli za peltier, ambazo, pamoja na mifumo ya kupoeza kioevu, zinaweza kupunguza joto la chip haraka, kuzuia kupungua kwa masafa kutokana na kuongezeka kwa joto wakati wa michezo.
Friji za magari, Vipozaji vya magari: Friji ndogo za magari hutumia teknolojia ya kupoeza joto, ambayo huchanganya kazi za kupoeza na kupasha joto (kupasha joto kunaweza kupatikana kwa kubadilisha mwelekeo wa mkondo). Ni ndogo kwa ukubwa, matumizi ya chini ya nishati, na zinaendana na usambazaji wa umeme wa 12V wa gari.
Kikombe cha kupoeza kinywaji/kikombe kilichowekwa insulation: Kikombe cha kupoeza kinachobebeka kina bamba dogo la kupoeza lililojengewa ndani, ambalo linaweza kupoeza vinywaji haraka hadi nyuzi joto 5 hadi 15 bila kutegemea jokofu.
2. Nyanja za kimatibabu na kibiolojia
Vifaa sahihi vya kudhibiti halijoto: kama vile vifaa vya PCR (vyombo vya mmenyuko wa mnyororo wa polimerasi) na jokofu za damu, vinahitaji mazingira thabiti ya halijoto ya chini. Vipengele vya jokofu vya nusu kondakta vinaweza kufikia udhibiti sahihi wa halijoto ndani ya ±0.1℃, na hakuna hatari ya uchafuzi wa jokofu.
Vifaa vya matibabu vinavyobebeka: kama vile masanduku ya majokofu ya insulini, ambayo ni madogo kwa ukubwa na yana muda mrefu wa matumizi ya betri, yanafaa kwa wagonjwa wa kisukari kubeba wanapotoka nje, na kuhakikisha halijoto ya kuhifadhi insulini.
Udhibiti wa halijoto ya vifaa vya leza: Vipengele vya msingi vya vifaa vya matibabu ya leza ya matibabu (kama vile leza) ni nyeti kwa halijoto, na vipengele vya kupoeza vya nusu-semiconductor vinaweza kusambaza joto kwa wakati halisi ili kuhakikisha uendeshaji thabiti wa vifaa.
3. Viwanda na nyanja za anga
Vifaa vidogo vya majokofu vya viwandani: kama vile vyumba vya majaribio vya kuzeeka vya vifaa vya kielektroniki na bafu za joto zisizobadilika za vifaa vya usahihi, ambazo zinahitaji mazingira ya joto la chini ya eneo husika, vitengo vya kupoeza joto vya umeme, vipengele vya joto vya umeme vinaweza kubinafsishwa kwa kutumia nguvu ya majokofu inapohitajika.
Vifaa vya angani: Vifaa vya kielektroniki katika vyombo vya anga vya anga vina ugumu wa kuondoa joto katika mazingira ya ombwe. Mifumo ya kupoeza ya joto, vitengo vya kupoeza vya joto, vipengele vya joto, kama vifaa vya hali ngumu, vinaaminika sana na havitetemeki, na vinaweza kutumika kwa udhibiti wa halijoto ya vifaa vya kielektroniki katika satelaiti na vituo vya anga za juu.
4. Matukio mengine yanayoibuka
Vifaa vinavyovaliwa: Kofia nadhifu za kupoeza na suti za kupoeza, zenye bamba za kupoeza za thermoelectric zinazonyumbulika zilizojengewa ndani, zinaweza kutoa upoezaji wa ndani kwa mwili wa binadamu katika mazingira yenye halijoto ya juu na zinafaa kwa wafanyakazi wa nje.
Vifaa vya mnyororo wa baridi: Visanduku vidogo vya kufungashia mnyororo wa baridi, vinavyoendeshwa na upoezaji wa joto, upoezaji wa peltier na betri, vinaweza kutumika kwa usafirishaji wa chanjo na mazao mapya kwa umbali mfupi bila kutegemea malori makubwa yaliyohifadhiwa kwenye jokofu.
IV. Mapungufu na Maendeleo Mitindo ya vitengo vya kupoeza joto, vipengele vya kupoeza vya peltier
Vikwazo vilivyopo
Ufanisi wa kupoeza ni mdogo kiasi: Uwiano wake wa ufanisi wa nishati (COP) kwa kawaida huwa kati ya 0.3 na 0.8, ambao ni mdogo sana kuliko ule wa kupoeza kwa compressor (COP inaweza kufikia 2 hadi 5), na haifai kwa hali kubwa na za kupoeza zenye uwezo wa juu.
Mahitaji ya uondoaji joto mwingi: Ikiwa joto kwenye mwisho wa uondoaji joto haliwezi kutolewa kwa wakati, litaathiri vibaya athari ya upoezaji. Kwa hivyo, lazima iwe na mfumo mzuri wa uondoaji joto, ambao hupunguza matumizi katika baadhi ya hali ndogo.
Gharama kubwa: Gharama ya maandalizi ya vifaa vya joto vya hali ya juu (kama vile Bi₂Te₃ iliyo na dozi ndogo) ni kubwa kuliko ile ya vifaa vya jadi vya majokofu, na kusababisha bei ya juu kiasi ya vipengele vya hali ya juu.
2. Mielekeo ya maendeleo ya baadaye
Uboreshaji wa nyenzo: Tengeneza vifaa vya joto vya bei nafuu na vyenye thamani ya juu ya ZT, kwa lengo la kuongeza thamani ya ZT ya halijoto ya chumba hadi zaidi ya 2.0 na kupunguza pengo la ufanisi kwa kutumia jokofu la compressor.
Unyumbulifu na ujumuishaji: Tengeneza moduli zinazonyumbulika za kupoeza joto, moduli za TEC, moduli za joto, vifaa vya peltier, moduli za peltier, vipoeza vya peltier, ili kuendana na vifaa vya uso uliopinda (kama vile simu za mkononi zinazonyumbulika za skrini na vifaa vya kuvaliwa mahiri); Kukuza ujumuishaji wa vipengele vya kupoeza joto na chipsi na vitambuzi ili kufikia "udhibiti wa halijoto wa kiwango cha chipsi".
Muundo unaookoa nishati: Kwa kuunganisha teknolojia ya Internet of Things (iot), udhibiti wa nguvu wa kuanza na kudhibiti nguvu wa vipengele vya kupoeza hupatikana, na kupunguza matumizi ya nishati kwa ujumla.
Muhtasari wa V.
Vitengo vya kupoeza vya Thermoelectric, vitengo vya kupoeza vya peltier, mifumo ya kupoeza ya thermoelectric, pamoja na faida zake za kipekee za kuwa katika hali ngumu, kimya na kudhibitiwa kwa usahihi na halijoto, vina nafasi muhimu katika nyanja kama vile vifaa vya elektroniki vya watumiaji, huduma ya matibabu na anga za juu. Kwa uboreshaji endelevu wa teknolojia ya nyenzo za thermoelectric na muundo wa kimuundo, masuala ya ufanisi wake wa kupoeza na gharama yataimarika polepole, na inatarajiwa kuchukua nafasi ya teknolojia ya jadi ya kupoeza katika hali maalum zaidi katika siku zijazo.
Muda wa chapisho: Desemba 12-2025
