थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट, पेल्टियर कूलर (ज्याला थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग घटक असेही म्हणतात) हे पेल्टियर इफेक्टवर आधारित सॉलिड-स्टेट कूलिंग डिव्हाइसेस आहेत. यांत्रिक हालचाल नसणे, रेफ्रिजरंट नसणे, लहान आकार, जलद प्रतिसाद आणि अचूक तापमान नियंत्रण हे त्यांचे फायदे आहेत. अलिकडच्या वर्षांत, ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स, वैद्यकीय सेवा, ऑटोमोबाईल्स आणि इतर क्षेत्रांमध्ये त्यांचे अनुप्रयोग वाढतच गेले आहेत.
I. थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग सिस्टम आणि घटकांची मुख्य तत्त्वे
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंगचा गाभा पेल्टियर इफेक्ट आहे: जेव्हा दोन भिन्न अर्धसंवाहक पदार्थ (पी-टाइप आणि एन-टाइप) एक थर्मोकपल जोडी बनवतात आणि थेट प्रवाह लागू केला जातो, तेव्हा थर्मोकपल जोडीचा एक टोक उष्णता शोषून घेईल (थंडीकरणाचा शेवट), आणि दुसरा टोक उष्णता सोडेल (उष्णता अपव्यय समाप्त). प्रवाहाची दिशा बदलून, थंड होण्याचा शेवट आणि उष्णता अपव्यय समाप्ती एकमेकांशी बदलता येते.
त्याची कूलिंग कामगिरी प्रामुख्याने तीन मुख्य पॅरामीटर्सवर अवलंबून असते:
थर्मोइलेक्ट्रिक गुणांक (ZT मूल्य): थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थांच्या कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी हा एक महत्त्वाचा निर्देशक आहे. ZT मूल्य जितके जास्त असेल तितकी शीतकरण कार्यक्षमता जास्त असेल.
गरम आणि थंड टोकांमधील तापमानातील फरक: उष्णता नष्ट होण्याच्या टोकावरील उष्णता नष्ट होण्याचा परिणाम थेट थंड होण्याच्या टोकावरील थंड होण्याची क्षमता निश्चित करतो. जर उष्णता नष्ट होण्याचे प्रमाण सुरळीत नसेल, तर गरम आणि थंड टोकांमधील तापमानातील फरक कमी होईल आणि थंड होण्याची कार्यक्षमता झपाट्याने कमी होईल.
कार्यरत प्रवाह: रेट केलेल्या श्रेणीत, प्रवाहात वाढ झाल्याने शीतकरण क्षमता वाढते. तथापि, एकदा मर्यादा ओलांडली की, ज्युल उष्णता वाढल्याने कार्यक्षमता कमी होईल.
II थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स (पेल्टियर कूलिंग सिस्टम) चा विकास इतिहास आणि तांत्रिक प्रगती
अलिकडच्या वर्षांत, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग घटकांचा विकास दोन प्रमुख दिशांवर केंद्रित झाला आहे: मटेरियल इनोव्हेशन आणि स्ट्रक्चरल ऑप्टिमायझेशन.
उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रीचे संशोधन आणि विकास
डोपिंग (जसे की Sb, Se) आणि नॅनोस्केल उपचारांद्वारे पारंपारिक Bi₂Te₃-आधारित पदार्थांचे ZT मूल्य 1.2-1.5 पर्यंत वाढवण्यात आले आहे.
शिसे टेल्युराइड (PbTe) आणि सिलिकॉन-जर्मेनियम मिश्र धातु (SiGe) सारखे नवीन पदार्थ मध्यम आणि उच्च-तापमान परिस्थितींमध्ये (२०० ते ५००℃) अपवादात्मकपणे चांगले काम करतात.
सेंद्रिय-अकार्बनिक संमिश्र थर्मोइलेक्ट्रिक मटेरियल आणि टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर यासारख्या नवीन पदार्थांमुळे खर्च आणखी कमी होईल आणि कार्यक्षमता सुधारेल अशी अपेक्षा आहे.
घटक रचना ऑप्टिमायझेशन
लघुकरण डिझाइन: ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या लघुकरण आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी MEMS (मायक्रो-इलेक्ट्रो-मेकॅनिकल सिस्टम्स) तंत्रज्ञानाद्वारे मायक्रॉन-स्केल थर्मोपाइल्स तयार करा.
मॉड्यूलर इंटिग्रेशन: औद्योगिक दर्जाच्या थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग आवश्यकता पूर्ण करणारे उच्च-शक्तीचे थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल, पेल्टियर कूलर, पेल्टियर उपकरणे तयार करण्यासाठी अनेक थर्मोइलेक्ट्रिक युनिट्स मालिकेत किंवा समांतर जोडा.
एकात्मिक उष्णता विसर्जन रचना: उष्णता विसर्जन कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी आणि एकूण आवाज कमी करण्यासाठी कूलिंग फिन्स उष्णता विसर्जन फिन्स आणि हीट पाईप्ससह एकत्रित करा.
III थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग घटकांचे विशिष्ट अनुप्रयोग परिस्थिती
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्सचा सर्वात मोठा फायदा म्हणजे त्यांचे घन-स्थिती स्वरूप, आवाज-मुक्त ऑपरेशन आणि अचूक तापमान नियंत्रण. म्हणूनच, ज्या परिस्थितीत कंप्रेसर थंड होण्यासाठी योग्य नसतात अशा परिस्थितीत ते एक अपूरणीय स्थान धारण करतात.
ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्रात
मोबाईल फोनची उष्णता नष्ट होणे: हाय-एंड गेमिंग फोनमध्ये मायक्रो थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल्स, टीईसी मॉड्यूल्स, पेल्टियर डिव्हाइसेस, पेल्टियर मॉड्यूल्स असतात, जे लिक्विड कूलिंग सिस्टम्सच्या संयोजनात, चिप तापमान जलद कमी करू शकतात, ज्यामुळे गेमिंग दरम्यान जास्त गरम होण्यामुळे होणारी वारंवारता कमी होण्यास प्रतिबंध होतो.
कार रेफ्रिजरेटर्स, कार कूलर: लहान कार रेफ्रिजरेटर्स बहुतेकदा थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करतात, जे कूलिंग आणि हीटिंग फंक्शन्स एकत्र करते (वर्तमान दिशा बदलून हीटिंग मिळवता येते). ते आकाराने लहान असतात, कमी ऊर्जा वापरतात आणि कारच्या 12V पॉवर सप्लायशी सुसंगत असतात.
बेव्हरेज कूलिंग कप/इन्सुलेटेड कप: पोर्टेबल कूलिंग कपमध्ये बिल्ट-इन मायक्रो कूलिंग प्लेट असते, जी रेफ्रिजरेटरवर अवलंबून न राहता पेये 5 ते 15 अंश सेल्सिअस तापमानात जलद थंड करू शकते.
२. वैद्यकीय आणि जैविक क्षेत्रे
अचूक तापमान नियंत्रण उपकरणे: जसे की पीसीआर उपकरणे (पॉलिमरेज चेन रिअॅक्शन उपकरणे) आणि रक्त रेफ्रिजरेटर्स, यांना स्थिर कमी-तापमानाचे वातावरण आवश्यक असते. सेमीकंडक्टर रेफ्रिजरेशन घटक ±0.1℃ च्या आत अचूक तापमान नियंत्रण मिळवू शकतात आणि रेफ्रिजरंट दूषित होण्याचा धोका नाही.
पोर्टेबल वैद्यकीय उपकरणे: जसे की इन्सुलिन रेफ्रिजरेशन बॉक्स, जे आकाराने लहान असतात आणि दीर्घकाळ बॅटरी लाइफ असतात, मधुमेही रुग्णांना बाहेर जाताना सोबत नेण्यासाठी योग्य असतात, ज्यामुळे इन्सुलिनचे साठवण तापमान सुनिश्चित होते.
लेसर उपकरणांचे तापमान नियंत्रण: वैद्यकीय लेसर उपचार उपकरणांचे (जसे की लेसर) मुख्य घटक तापमानास संवेदनशील असतात आणि सेमीकंडक्टर कूलिंग घटक उपकरणांचे स्थिर ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी रिअल टाइममध्ये उष्णता नष्ट करू शकतात.
३. औद्योगिक आणि अवकाश क्षेत्रे
औद्योगिक लघु-स्तरीय रेफ्रिजरेशन उपकरणे: जसे की इलेक्ट्रॉनिक घटक वृद्धत्व चाचणी कक्ष आणि अचूक उपकरण स्थिर तापमान बाथ, ज्यांना स्थानिक कमी-तापमान वातावरणाची आवश्यकता असते, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स, थर्मोइलेक्ट्रिक घटकांना आवश्यकतेनुसार रेफ्रिजरेशन पॉवरसह सानुकूलित केले जाऊ शकते.
अवकाश उपकरणे: अवकाशयानातील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना व्हॅक्यूम वातावरणात उष्णता नष्ट करण्यात अडचण येते. थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग सिस्टम, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स, थर्मोइलेक्ट्रिक घटक, सॉलिड-स्टेट उपकरणे म्हणून, अत्यंत विश्वासार्ह आणि कंपनमुक्त आहेत आणि उपग्रह आणि अंतराळ स्थानकांमध्ये इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या तापमान नियंत्रणासाठी त्यांचा वापर केला जाऊ शकतो.
४. इतर उदयोन्मुख परिस्थिती
घालण्यायोग्य उपकरणे: स्मार्ट कूलिंग हेल्मेट आणि कूलिंग सूट, ज्यामध्ये बिल्ट-इन लवचिक थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग प्लेट्स आहेत, उच्च-तापमानाच्या वातावरणात मानवी शरीरासाठी स्थानिक थंडावा प्रदान करू शकतात आणि बाहेर काम करणाऱ्यांसाठी योग्य आहेत.
कोल्ड चेन लॉजिस्टिक्स: थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग, पेल्टियर कूलिंग आणि बॅटरीद्वारे चालणारे छोटे कोल्ड चेन पॅकेजिंग बॉक्स, मोठ्या रेफ्रिजरेटेड ट्रकवर अवलंबून न राहता लस आणि ताज्या उत्पादनांच्या कमी अंतराच्या वाहतुकीसाठी वापरले जाऊ शकतात.
IV. थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स, पेल्टियर कूलिंग घटकांच्या मर्यादा आणि विकासाचा ट्रेंड
विद्यमान मर्यादा
कूलिंग कार्यक्षमता तुलनेने कमी आहे: त्याचे ऊर्जा कार्यक्षमता प्रमाण (COP) सामान्यतः 0.3 आणि 0.8 दरम्यान असते, जे कंप्रेसर कूलिंगपेक्षा खूपच कमी असते (COP 2 ते 5 पर्यंत पोहोचू शकते), आणि मोठ्या प्रमाणात आणि उच्च-क्षमतेच्या कूलिंग परिस्थितींसाठी योग्य नाही.
उच्च उष्णता नष्ट करण्याची आवश्यकता: जर उष्णता नष्ट करण्याच्या टोकावरील उष्णता वेळेत सोडली जाऊ शकली नाही, तर त्याचा थंड होण्याच्या परिणामावर गंभीर परिणाम होईल. म्हणून, ते कार्यक्षम उष्णता नष्ट करण्याची प्रणालीने सुसज्ज असले पाहिजे, जे काही कॉम्पॅक्ट परिस्थितींमध्ये अनुप्रयोग मर्यादित करते.
उच्च किंमत: उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रीची तयारी किंमत (जसे की नॅनो-डोप्ड Bi₂Te₃) पारंपारिक रेफ्रिजरेशन सामग्रीपेक्षा जास्त असते, परिणामी उच्च-अंत घटकांची किंमत तुलनेने जास्त असते.
२. भविष्यातील विकासाचे ट्रेंड
मटेरियल ब्रेकथ्रू: कमी किमतीचे, उच्च-ZT मूल्याचे थर्मोइलेक्ट्रिक मटेरियल विकसित करणे, ज्याचे उद्दिष्ट खोली-तापमान ZT मूल्य 2.0 पेक्षा जास्त करणे आणि कंप्रेसर रेफ्रिजरेशनसह कार्यक्षमतेतील अंतर कमी करणे आहे.
लवचिकता आणि एकत्रीकरण: वक्र पृष्ठभागाच्या उपकरणांशी (जसे की लवचिक स्क्रीन मोबाइल फोन आणि स्मार्ट वेअरेबल डिव्हाइसेस) जुळवून घेण्यासाठी लवचिक थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल्स, टीईसी मॉड्यूल्स, थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स, पेल्टियर डिव्हाइसेस, पेल्टियर मॉड्यूल्स, पेल्टियर कूलर विकसित करा; "चिप-स्तरीय तापमान नियंत्रण" साध्य करण्यासाठी चिप्स आणि सेन्सर्ससह थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग घटकांचे एकत्रीकरण प्रोत्साहन द्या.
ऊर्जा-बचत डिझाइन: इंटरनेट ऑफ थिंग्ज (आयओटी) तंत्रज्ञानाचे एकत्रीकरण करून, कूलिंग घटकांचे बुद्धिमान स्टार्ट-स्टॉप आणि पॉवर नियमन साध्य केले जाते, ज्यामुळे एकूण ऊर्जा वापर कमी होतो.
व्ही. सारांश
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग युनिट्स, पेल्टियर कूलिंग युनिट्स, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग सिस्टम्स, सॉलिड-स्टेट, सायलेंट आणि अचूक तापमान-नियंत्रित असण्याचे त्यांचे अद्वितीय फायदे असलेले, ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स, वैद्यकीय सेवा आणि एरोस्पेस सारख्या क्षेत्रात महत्त्वाचे स्थान व्यापतात. थर्मोइलेक्ट्रिक मटेरियल तंत्रज्ञान आणि स्ट्रक्चरल डिझाइनच्या सतत अपग्रेडिंगसह, त्याच्या कूलिंग कार्यक्षमता आणि खर्चाच्या समस्या हळूहळू सुधारतील आणि भविष्यात अधिक विशिष्ट परिस्थितीत ते पारंपारिक कूलिंग तंत्रज्ञानाची जागा घेईल अशी अपेक्षा आहे.
पोस्ट वेळ: डिसेंबर-१२-२०२५
