வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகள், வெப்பமின் குளிர்விப்பு அமைப்புகளின் உருவாக்கம் மற்றும் பயன்பாடு

வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகு, பெல்டியர் குளிர்விப்பான் (வெப்பமின் குளிர்விப்புக் கூறுகள் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) ஆகியவை பெல்டியர் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்ட திடநிலை குளிர்விப்பு சாதனங்கள் ஆகும். இயந்திர இயக்கம் இல்லாமை, குளிர்பதனப் பொருள் இல்லாமை, சிறிய அளவு, விரைவான செயல்பாடு மற்றும் துல்லியமான வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாடு போன்ற நன்மைகளை இவை கொண்டுள்ளன. சமீப ஆண்டுகளில், நுகர்வோர் மின்னணுவியல், மருத்துவப் பராமரிப்பு, தானியங்கி வாகனங்கள் மற்றும் பிற துறைகளில் இவற்றின் பயன்பாடுகள் தொடர்ந்து விரிவடைந்து வருகின்றன.

I. வெப்பமின் குளிர்விப்பு அமைப்பு மற்றும் அதன் கூறுகளின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள்

வெப்பமின் குளிர்விப்பின் மையக்கரு பெல்டியர் விளைவு ஆகும்: இரண்டு வெவ்வேறு குறைக்கடத்திப் பொருட்கள் (P-வகை மற்றும் N-வகை) ஒரு வெப்பமின் இரட்டை இணையை உருவாக்கி, அதன் மீது ஒரு நேர் மின்னோட்டம் செலுத்தப்படும்போது, ​​அந்த வெப்பமின் இரட்டை இணையின் ஒரு முனை வெப்பத்தை உறிந்துகொள்ளும் (குளிர்விப்பு முனை), மற்றும் மறுமுனை வெப்பத்தை வெளியிடும் (வெப்பச் சிதறல் முனை). மின்னோட்டத்தின் திசையை மாற்றுவதன் மூலம், குளிர்விப்பு முனையையும் வெப்பச் சிதறல் முனையையும் இடமாற்றம் செய்துகொள்ள முடியும்.

அதன் குளிரூட்டும் செயல்திறன் முக்கியமாக மூன்று முக்கிய அளவுருக்களைச் சார்ந்துள்ளது:

வெப்பமின் திறன் குணகம் (ZT மதிப்பு): இது வெப்பமின் பொருட்களின் செயல்திறனை மதிப்பிடுவதற்கான ஒரு முக்கியக் குறியீடாகும். ZT மதிப்பு எவ்வளவு அதிகமாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிகமாகக் குளிரூட்டும் திறன் இருக்கும்.

சூடான மற்றும் குளிர்ந்த முனைகளுக்கு இடையேயான வெப்பநிலை வேறுபாடு: வெப்பச் சிதறல் முனையில் ஏற்படும் வெப்பச் சிதறல் விளைவானது, குளிர்விக்கும் முனையின் குளிரூட்டும் திறனை நேரடியாகத் தீர்மானிக்கிறது. வெப்பச் சிதறல் சீராக இல்லாவிட்டால், சூடான மற்றும் குளிர்ந்த முனைகளுக்கு இடையேயான வெப்பநிலை வேறுபாடு குறுகி, குளிரூட்டும் செயல்திறன் கடுமையாகக் குறையும்.

செயல்பாட்டு மின்னோட்டம்: மதிப்பிடப்பட்ட வரம்பிற்குள், மின்னோட்டத்தை அதிகரிப்பது குளிரூட்டும் திறனை மேம்படுத்துகிறது. இருப்பினும், அந்த வரம்பு தாண்டப்பட்டவுடன், ஜூல் வெப்பம் அதிகரிப்பதால் செயல்திறன் குறையும்.

II வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகளின் (பெல்டியர் குளிர்விப்பு அமைப்பு) வளர்ச்சி வரலாறு மற்றும் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள்

சமீபத்திய ஆண்டுகளில், வெப்பமின் குளிர்விப்புக் கூறுகளின் மேம்பாடு, மூலப்பொருள் புத்தாக்கம் மற்றும் கட்டமைப்பு உகப்பாக்கம் ஆகிய இரண்டு முக்கிய திசைகளில் கவனம் செலுத்தி வருகிறது.

உயர் செயல்திறன் கொண்ட வெப்பமின் பொருட்களின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு

பாரம்பரிய Bi₂Te₃-அடிப்படையிலான பொருட்களின் ZT மதிப்பானது, (Sb, Se போன்ற) கலப்பு மற்றும் நானோ அளவிலான செயலாக்கம் மூலம் 1.2-1.5 ஆக அதிகரிக்கப்பட்டுள்ளது.

ஈய டெலூரைடு (PbTe) மற்றும் சிலிக்கான்-ஜெர்மானியம் கலப்புலோகம் (SiGe) போன்ற புதிய பொருட்கள், நடுத்தர மற்றும் உயர் வெப்பநிலை சூழல்களில் (200 முதல் 500℃ வரை) மிகச் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன.

கரிம-கனிம கலப்பு வெப்பமின் பொருட்கள் மற்றும் இடவியல் காப்பான்கள் போன்ற புதிய பொருட்கள், செலவுகளை மேலும் குறைத்து செயல்திறனை மேம்படுத்தும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

கூறு கட்டமைப்பு உகப்பாக்கம்

குறுக்கமாக்கல் வடிவமைப்பு: நுகர்வோர் மின்னணு சாதனங்களின் குறுக்கமாக்கல் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்காக, MEMS (மைக்ரோ-எலக்ட்ரோ-மெக்கானிக்கல் சிஸ்டம்ஸ்) தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் மைக்ரான் அளவிலான வெப்பக் குவியல்களைத் தயாரிக்கவும்.

கூறு ஒருங்கிணைப்பு: தொழில்துறை தரத்திலான வெப்பமின் குளிர்விப்புத் தேவைகளைப் பூர்த்திசெய்யும் உயர்-சக்தி வெப்பமின் குளிர்விப்புத் தொகுதிகள், பெல்டியர் குளிர்விப்பான்கள், பெல்டியர் சாதனங்களை உருவாக்க, பல வெப்பமின் அலகுகளைத் தொடராகவோ அல்லது இணையாகவோ இணைக்கவும்.

ஒருங்கிணைந்த வெப்பச் சிதறல் கட்டமைப்பு: வெப்பச் சிதறல் திறனை மேம்படுத்தவும், ஒட்டுமொத்த அளவைக் குறைக்கவும், குளிர்விக்கும் துடுப்புகளை வெப்பச் சிதறல் துடுப்புகள் மற்றும் வெப்பக் குழாய்களுடன் ஒருங்கிணைக்கவும்.

III வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகள், வெப்பமின் குளிர்விப்புக் கூறுகள் ஆகியவற்றின் பொதுவான பயன்பாட்டுச் சூழல்கள்

வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகளின் மிகப்பெரிய நன்மை அவற்றின் திடநிலைத் தன்மை, இரைச்சலற்ற செயல்பாடு மற்றும் துல்லியமான வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றில் அடங்கியுள்ளது. எனவே, குளிர்விப்பதற்கு அமுக்கிகள் பொருத்தமற்ற சூழ்நிலைகளில், அவை ஈடு செய்ய முடியாத ஒரு இடத்தைப் பெற்றுள்ளன.

நுகர்வோர் மின்னணுவியல் துறையில்

மொபைல் ஃபோன் வெப்ப வெளியேற்றம்: உயர் ரக கேமிங் ஃபோன்களில் மைக்ரோ தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கூலிங் மாட்யூல்கள் (TEC மாட்யூல்கள்), பெல்டியர் சாதனங்கள் போன்றவை பொருத்தப்பட்டுள்ளன. இவை, திரவக் குளிரூட்டும் அமைப்புகளுடன் இணைந்து, சிப்பின் வெப்பநிலையை விரைவாகக் குறைத்து, கேமிங்கின் போது ஏற்படும் அதிக வெப்பத்தால் அதிர்வெண் குறைவதைத் தடுக்கின்றன.

கார் குளிர்சாதனப் பெட்டிகள், கார் குளிர்விப்பான்கள்: சிறிய கார் குளிர்சாதனப் பெட்டிகள் பெரும்பாலும் வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது குளிரூட்டும் மற்றும் வெப்பமூட்டும் செயல்பாடுகளை ஒருங்கிணைக்கிறது (மின்னோட்டத்தின் திசையை மாற்றுவதன் மூலம் வெப்பமூட்டலை அடையலாம்). அவை அளவில் சிறியவை, குறைந்த ஆற்றல் நுகர்வு கொண்டவை, மற்றும் காரின் 12V மின்சார விநியோகத்துடன் இணக்கமானவை.

பானம் குளிர்விக்கும் கோப்பை/வெப்பக்காப்பு கோப்பை: எடுத்துச் செல்லக்கூடிய இந்தக் குளிர்விக்கும் கோப்பையில், உள்ளமைக்கப்பட்ட நுண் குளிர்விப்புத் தட்டு பொருத்தப்பட்டுள்ளது. இதன் மூலம், குளிர்சாதனப் பெட்டியைச் சார்ந்திருக்காமல், பானங்களை 5 முதல் 15 டிகிரி செல்சியஸ் வரை விரைவாகக் குளிர்விக்க முடியும்.

2. மருத்துவம் மற்றும் உயிரியல் துறைகள்

பிசிஆர் கருவிகள் (பாலிமரேஸ் சங்கிலி வினை கருவிகள்) மற்றும் இரத்தக் குளிரூட்டிகள் போன்ற துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டு உபகரணங்களுக்கு, ஒரு நிலையான குறைந்த வெப்பநிலை சூழல் தேவைப்படுகிறது. குறைக்கடத்தி குளிரூட்டும் கூறுகளால் ±0.1℃ வரம்பிற்குள் துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டை அடைய முடியும், மேலும் குளிரூட்டி மாசுபடுவதற்கான அபாயமும் இல்லை.

கையடக்க மருத்துவ சாதனங்களான இன்சுலின் குளிரூட்டும் பெட்டிகள் போன்றவை, அளவில் சிறியதாகவும் நீண்ட பேட்டரி ஆயுளையும் கொண்டிருப்பதால், நீரிழிவு நோயாளிகள் வெளியே செல்லும்போது எடுத்துச் செல்லவும், இன்சுலினின் சேமிப்பு வெப்பநிலையைப் பாதுகாக்கவும் ஏற்றவையாக உள்ளன.

லேசர் உபகரண வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு: மருத்துவ லேசர் சிகிச்சை சாதனங்களின் (லேசர்கள் போன்ற) முக்கிய பாகங்கள் வெப்பநிலைக்கு உணர்திறன் கொண்டவை, மேலும் குறைக்கடத்தி குளிர்விப்பு பாகங்கள் நிகழ்நேரத்தில் வெப்பத்தை வெளியேற்றி, உபகரணத்தின் நிலையான செயல்பாட்டை உறுதி செய்கின்றன.

3. தொழில்துறை மற்றும் விண்வெளித் துறைகள்

தொழில்துறை சிறு அளவிலான குளிரூட்டும் சாதனங்கள்: அதாவது, உள்ளூர் குறைந்த வெப்பநிலை சூழல் தேவைப்படும் மின்னணு பாகங்கள் பழுதடைதல் சோதனை அறைகள் மற்றும் துல்லியமான கருவிகளுக்கான நிலையான வெப்பநிலைத் தொட்டிகள் போன்றவற்றில், வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் அலகுகள் மற்றும் வெப்பமின்னியல் பாகங்களைத் தேவைக்கேற்ப குளிரூட்டும் திறனுடன் மாற்றியமைத்து அமைக்கலாம்.

விண்வெளி உபகரணங்கள்: விண்கலங்களில் உள்ள மின்னணு சாதனங்கள் வெற்றிடச் சூழலில் வெப்பத்தை வெளியேற்றுவதில் சிரமப்படுகின்றன. திடநிலைச் சாதனங்களான வெப்பமின் குளிர்விப்பு அமைப்புகள், வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகள், வெப்பமின் கூறுகள் ஆகியவை அதிக நம்பகத்தன்மை மற்றும் அதிர்வு இன்மையுடன் இருப்பதால், செயற்கைக்கோள்கள் மற்றும் விண்வெளி நிலையங்களில் உள்ள மின்னணு உபகரணங்களின் வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டிற்குப் பயன்படுத்தப்படலாம்.

4. பிற வளர்ந்து வரும் சூழ்நிலைகள்

அணியக்கூடிய சாதனங்கள்: உள்ளமைக்கப்பட்ட நெகிழ்வான வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் தகடுகளைக் கொண்ட திறன்மிகு குளிரூட்டும் தலைக்கவசங்கள் மற்றும் குளிரூட்டும் உடைகள், அதிக வெப்பநிலை சூழல்களில் மனித உடலுக்குப் பகுதிசார் குளிரூட்டலை வழங்கக்கூடியவை மற்றும் வெளிப்புறப் பணியாளர்களுக்கு ஏற்றவையாகும்.

குளிர்பதனப் போக்குவரத்து: பெரிய குளிரூட்டப்பட்ட சரக்குந்துகளைச் சார்ந்திருக்காமல், தடுப்பூசிகள் மற்றும் புதிய விளைபொருட்களைக் குறுகிய தூரத்திற்குக் கொண்டு செல்ல, வெப்பமின் குளிர்விப்பு, பெல்டியர் குளிர்விப்பு மற்றும் மின்கலன்களால் இயங்கும் சிறிய குளிர்பதனப் பொதிப் பெட்டிகளைப் பயன்படுத்தலாம்.

IV. வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகள், பெல்டியர் குளிர்விப்புக் கூறுகள் ஆகியவற்றின் வரம்புகளும் வளர்ச்சிப் போக்குகளும்

தற்போதுள்ள வரம்புகள்

குளிரூட்டும் திறன் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக உள்ளது: இதன் ஆற்றல் திறன் விகிதம் (COP) பொதுவாக 0.3 முதல் 0.8 வரை இருக்கும், இது கம்ப்ரசர் குளிரூட்டலை விட (COP 2 முதல் 5 வரை அடையலாம்) மிகவும் குறைவானது, மேலும் இது பெரிய அளவிலான மற்றும் அதிக கொள்ளளவு கொண்ட குளிரூட்டும் சூழல்களுக்குப் பொருத்தமானதல்ல.

அதிக வெப்பச் சிதறல் தேவைகள்: வெப்பச் சிதறல் முனையில் உள்ள வெப்பத்தை உரிய நேரத்தில் வெளியேற்ற முடியாவிட்டால், அது குளிரூட்டும் விளைவைப் கடுமையாகப் பாதிக்கும். எனவே, இதில் ஒரு திறமையான வெப்பச் சிதறல் அமைப்பு பொருத்தப்பட்டிருக்க வேண்டும், இது சில சிறிய இடவசதி கொண்ட சூழல்களில் இதன் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

அதிக செலவு: உயர் செயல்திறன் கொண்ட வெப்பமின் பொருட்களின் (நானோ-கலப்பு Bi₂Te₃ போன்றவை) தயாரிப்புச் செலவு, பாரம்பரிய குளிர்பதனப் பொருட்களின் செலவை விட அதிகமாக இருப்பதால், உயர்தர பாகங்களின் விலை ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது.

2. எதிர்கால வளர்ச்சிப் போக்குகள்

பொருள் முன்னேற்றம்: அறை வெப்பநிலை ZT மதிப்பை 2.0-க்கு மேல் உயர்த்துவதையும், அமுக்கி குளிரூட்டலுடனான செயல்திறன் இடைவெளியைக் குறைப்பதையும் நோக்கமாகக் கொண்டு, குறைந்த செலவிலான, உயர் ZT மதிப்புள்ள வெப்பமின்னியல் பொருட்களை உருவாக்குதல்.

நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு: வளைந்த மேற்பரப்பு சாதனங்களுக்கு (நெகிழ்வான திரை கொண்ட கைபேசிகள் மற்றும் ஸ்மார்ட் அணியக்கூடிய சாதனங்கள் போன்றவை) ஏற்புடையதாக, நெகிழ்வான வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் தொகுதிகள், TEC தொகுதிகள், பெல்டியர் சாதனங்கள், பெல்டியர் குளிரூட்டிகள் ஆகியவற்றை உருவாக்குதல்; “சிப்-நிலை வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டை” அடைவதற்காக, வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் கூறுகளை சிப்கள் மற்றும் சென்சார்களுடன் ஒருங்கிணைப்பதை ஊக்குவித்தல்.

ஆற்றல் சேமிப்பு வடிவமைப்பு: பொருட்களின் இணையம் (IoT) தொழில்நுட்பத்தை ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம், குளிரூட்டும் கூறுகளின் அறிவார்ந்த தொடக்கம்-நிறுத்தம் மற்றும் மின்சார ஒழுங்குமுறை ஆகியவை அடையப்பட்டு, ஒட்டுமொத்த ஆற்றல் நுகர்வு குறைக்கப்படுகிறது.

V. சுருக்கம்

திட நிலை, சத்தமின்மை மற்றும் துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு போன்ற தனித்துவமான நன்மைகளைக் கொண்ட வெப்பமின் குளிர்விப்பு அலகுகள், பெல்டியர் குளிர்விப்பு அலகுகள் மற்றும் வெப்பமின் குளிர்விப்பு அமைப்புகள், நுகர்வோர் மின்னணுவியல், மருத்துவப் பராமரிப்பு மற்றும் விண்வெளி போன்ற துறைகளில் ஒரு முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளன. வெப்பமின் பொருள் தொழில்நுட்பம் மற்றும் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பின் தொடர்ச்சியான மேம்பாட்டினால், அதன் குளிர்விப்புத் திறன் மற்றும் செலவு தொடர்பான சிக்கல்கள் படிப்படியாக மேம்படும். மேலும், எதிர்காலத்தில் இன்னும் சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில் இது பாரம்பரிய குளிர்விப்புத் தொழில்நுட்பத்திற்குப் பதிலாகப் பயன்படுத்தப்படும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.