Термоэлектрик хөргөлтийн төхөөрөмж болох Пелтиер хөргөгч (термоэлектрик хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсэг гэгддэг) нь Пелтиерийн эффект дээр суурилсан хатуу төлөвт хөргөлтийн төхөөрөмж юм. Эдгээр нь механик хөдөлгөөнгүй, хөргөгчгүй, жижиг хэмжээтэй, хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг, температурын нарийн хяналттай зэрэг давуу талуудтай. Сүүлийн жилүүдэд хэрэглээний электроник, эмнэлгийн тусламж үйлчилгээ, автомашин болон бусад салбарт тэдгээрийн хэрэглээ өргөжин тэлсээр байна.
I. Термоэлектрик хөргөлтийн систем ба эд ангиудын үндсэн зарчим
Термоэлектрик хөргөлтийн гол цөм нь Пелтиерийн эффект юм: хоёр өөр хагас дамжуулагч материал (P-type ба N-type) нь термопарын хос үүсгэж, шууд гүйдэл өгөхөд термопарын хосын нэг үзүүр нь дулааныг шингээж (хөргөлтийн төгсгөл), нөгөө үзүүр нь дулааныг ялгаруулна (дулаан сарниулах төгсгөл). Гүйдлийн чиглэлийг өөрчлөх замаар хөргөлтийн төгсгөл болон дулаан сарниулах төгсгөлийг сольж болно.
Түүний хөргөлтийн гүйцэтгэл нь голчлон гурван үндсэн параметрээс хамаарна:
Термоцахилгаан материалын ач холбогдлын коэффициент (ZT утга): Энэ нь термоцахилгаан материалын гүйцэтгэлийг үнэлэх гол үзүүлэлт юм. ZT утга өндөр байх тусам хөргөлтийн үр ашиг өндөр байна.
Халуун ба хүйтэн үзүүрүүдийн хоорондох температурын зөрүү: Дулаан сарниулах үзүүр дэх дулаан сарниулах нөлөө нь хөргөлтийн үзүүр дэх хөргөлтийн багтаамжийг шууд тодорхойлдог. Хэрэв дулаан сарниулах жигд биш бол халуун ба хүйтэн үзүүрүүдийн хоорондох температурын зөрүү багасч, хөргөлтийн үр ашиг огцом буурна.
Ажиллах гүйдэл: Заасан хязгаарт гүйдлийн өсөлт нь хөргөлтийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлдэг. Гэсэн хэдий ч босго хэмжээнээс хэтэрсэн тохиолдолд Жоулын дулааны өсөлтөөс болж үр ашиг буурна.
II Термоцахилгаан хөргөлтийн нэгжүүдийн (Пелтиер хөргөлтийн систем) хөгжлийн түүх ба технологийн нээлтүүд
Сүүлийн жилүүдэд термоэлектрик хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хөгжил нь материалын инноваци болон бүтцийн оновчлол гэсэн хоёр үндсэн чиглэлд чиглэж байна.
Өндөр хүчин чадалтай термоэлектрик материалын судалгаа, хөгжүүлэлт
Уламжлалт Bi₂Te₃ дээр суурилсан материалын ZT утгыг допинг (Sb, Se гэх мэт) болон нано хэмжээний боловсруулалтаар 1.2-1.5 хүртэл нэмэгдүүлсэн.
Хар тугалганы теллурид (PbTe) болон цахиур-германий хайлш (SiGe) зэрэг шинэ материалууд нь дунд болон өндөр температурын нөхцөлд (200-500℃) онцгой сайн ажилладаг.
Органик-органик бус нийлмэл термоэлектрик материал болон топологийн тусгаарлагч зэрэг шинэ материалууд нь зардлыг бууруулж, үр ашгийг дээшлүүлнэ гэж үзэж байна.
Бүрэлдэхүүн хэсгийн бүтцийн оновчлол
Жижигрүүлэх загвар: Хэрэглээний электроникийн жижигрүүлэх шаардлагыг хангахын тулд MEMS (Микро-Цахилгаан-Механик Систем) технологиор микрон хэмжээний термопил бэлтгэх.
Модульчлагдсан интеграци: Аж үйлдвэрийн зэрэглэлийн термоэлектрик хөргөлтийн шаардлагыг хангасан өндөр хүчин чадалтай термоэлектрик хөргөлтийн модуль, Пелтиер хөргөгч, Пелтиер төхөөрөмжийг үүсгэхийн тулд олон термоэлектрик төхөөрөмжийг цуваа эсвэл зэрэгцээ холбоно.
Дулаан сарниулах нэгдсэн бүтэц: Хөргөлтийн сэрвээг дулаан сарниулах сэрвээ болон дулааны хоолойтой нэгтгэснээр дулаан сарниулах үр ашгийг нэмэгдүүлж, нийт эзэлхүүнийг бууруулна.
III Термоэлектрик хөргөлтийн төхөөрөмж, термоэлектрик хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ердийн хэрэглээний хувилбарууд
Термоцахилгаан хөргөлтийн төхөөрөмжийн хамгийн том давуу тал нь хатуу төлөвт байх, дуу чимээгүй ажиллах, температурын нарийн хяналттай байх явдал юм. Тиймээс компрессор хөргөхөд тохиромжгүй нөхцөлд тэдгээр нь орлуулшгүй байр суурь эзэлдэг.
Хэрэглээний электроникийн салбарт
Гар утасны дулаан ялгаруулалт: Өндөр зэрэглэлийн тоглоомын утаснууд нь микро термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд, TEC модулиуд, пелтье төхөөрөмж, пелтье модулиудаар тоноглогдсон бөгөөд эдгээр нь шингэн хөргөлтийн системтэй хослуулан чипийн температурыг хурдан бууруулж, тоглоомын үеэр хэт халалтаас болж давтамж буурахаас сэргийлдэг.
Машины хөргөгч, машины хөргөгч: Жижиг машины хөргөгч нь ихэвчлэн хөргөлт болон халаалтын функцийг хослуулсан термоэлектрик хөргөлтийн технологийг ашигладаг (гүйдлийн чиглэлийг өөрчлөх замаар халаалтыг хийж болно). Эдгээр нь жижиг хэмжээтэй, эрчим хүчний хэрэглээ багатай бөгөөд машины 12V цахилгаан хангамжтай нийцдэг.
Ундааны хөргөлтийн аяга/дулаалгатай аяга: Зөөврийн хөргөлтийн аяга нь хөргөгч ашиглахгүйгээр ундааг 5-15 хэм хүртэл хурдан хөргөх боломжтой бичил хөргөлтийн тавцантай.
2. Анагаах ухаан ба биологийн салбарууд
Нарийн температурын хяналтын тоног төхөөрөмж: тухайлбал PCR багаж (полимеразын гинжин урвалын багаж) болон цусны хөргөгч нь тогтвортой бага температурын орчин шаарддаг. Хагас дамжуулагч хөргөлтийн эд ангиуд нь ±0.1℃ дотор температурын нарийн хяналтыг хийж чаддаг бөгөөд хөргөлтийн бодисын бохирдол үүсэх эрсдэлгүй.
Зөөврийн эмнэлгийн хэрэгслүүд: инсулины хөргөлтийн хайрцаг гэх мэт жижиг хэмжээтэй, батерейны ашиглалтын хугацаа урттай тул чихрийн шижинтэй өвчтөнүүд гадуур гарахдаа авч явахад тохиромжтой бөгөөд инсулины хадгалах температурыг хангадаг.
Лазер төхөөрөмжийн температурын хяналт: Эмнэлгийн лазер эмчилгээний төхөөрөмжийн гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд (лазер гэх мэт) нь температурт мэдрэмтгий байдаг бөгөөд хагас дамжуулагч хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь тоног төхөөрөмжийн тогтвортой ажиллагааг хангахын тулд дулааныг бодит цаг хугацаанд тарааж чаддаг.
3. Аж үйлдвэрийн болон сансрын салбарууд
Аж үйлдвэрийн жижиг хэмжээний хөргөлтийн тоног төхөөрөмж: электрон эд ангийн хөгшрөлтийн туршилтын камер, нарийвчлалтай багажны тогтмол температурт ванн гэх мэт орон нутгийн бага температурын орчин, термоэлектрик хөргөлтийн төхөөрөмж шаарддаг тул термоэлектрик эд ангиудыг шаардлагатай бол хөргөлтийн хүчээр өөрчилж болно.
Агаарын сансрын тоног төхөөрөмж: Сансрын хөлгийн электрон төхөөрөмжүүд вакуум орчинд дулааныг тараахад бэрхшээлтэй байдаг. Хатуу төлөвт төхөөрөмж болох термоэлектрик хөргөлтийн систем, термоэлектрик хөргөлтийн төхөөрөмж, термоэлектрик бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь маш найдвартай, чичиргээгүй бөгөөд хиймэл дагуул болон сансрын станцуудын электрон тоног төхөөрөмжийн температурыг хянах зорилгоор ашиглаж болно.
4. Бусад шинээр гарч ирж буй нөхцөл байдал
Зүүж болох төхөөрөмжүүд: Уян хатан термоцахилгаан хөргөлтийн хавтантай ухаалаг хөргөлтийн дуулга болон хөргөлтийн костюм нь өндөр температурт хүний биед орон нутгийн хөргөлтийг хангах боломжтой бөгөөд гадаа ажилладаг хүмүүст тохиромжтой.
Хүйтэн гинжин хэлхээний ложистик: Термоэлектрик хөргөлт, пельтиер хөргөлт болон батерейгаар ажилладаг жижиг хүйтэн гинжин сав баглаа боодлын хайрцгийг том хөргөгчтэй ачааны машин ашиглахгүйгээр вакцин болон шинэ бүтээгдэхүүнийг богино зайд тээвэрлэхэд ашиглаж болно.
IV. Термоцахилгаан хөргөлтийн төхөөрөмж, Пелтиер хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хязгаарлалт ба хөгжлийн чиг хандлага
Одоо байгаа хязгаарлалтууд
Хөргөлтийн үр ашиг харьцангуй бага: Түүний эрчим хүчний үр ашгийн харьцаа (COP) нь ихэвчлэн 0.3-0.8 хооронд байдаг бөгөөд энэ нь компрессорын хөргөлтөөс хамаагүй бага (COP нь 2-5 хүрч болно) бөгөөд том хэмжээний болон өндөр хүчин чадалтай хөргөлтийн нөхцөлд тохиромжгүй.
Дулаан сарниулах өндөр шаардлага: Хэрэв дулаан сарниулах төгсгөлд дулааныг цаг тухайд нь гаргаж чадахгүй бол хөргөлтийн үр нөлөөнд ноцтой нөлөөлнө. Тиймээс үр ашигтай дулаан сарниулах системээр тоноглогдсон байх ёстой бөгөөд энэ нь зарим авсаархан нөхцөлд хэрэглээг хязгаарладаг.
Өндөр өртөг: Өндөр хүчин чадалтай термоэлектрик материал (нано хольцтой Bi₂Te₃ гэх мэт)-ийн бэлтгэлийн өртөг нь уламжлалт хөргөлтийн материалаас өндөр байдаг тул өндөр зэрэглэлийн эд ангиудын үнэ харьцангуй өндөр байдаг.
2. Ирээдүйн хөгжлийн чиг хандлага
Материалын нээлт: Өрөөний температурын ZT утгыг 2.0-оос дээш болгож, компрессорын хөргөлтийн тусламжтайгаар үр ашгийн зөрүүг багасгах зорилготой, хямд өртөгтэй, өндөр ZT утгатай термоэлектрик материалыг боловсруулах.
Уян хатан байдал ба интеграци: Муруй гадаргуутай төхөөрөмжүүдэд (жишээлбэл, уян хатан дэлгэцтэй гар утас, ухаалаг зүүдэг төхөөрөмж) дасан зохицох уян хатан термоэлектрик хөргөлтийн модуль, TEC модуль, термоэлектрик модуль, пельтьер төхөөрөмж, пельтьер модуль, пельтьер хөргөгчийг хөгжүүлэх; "Чип түвшний температурын хяналт"-ыг бий болгохын тулд термоэлектрик хөргөлтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг чип болон мэдрэгчтэй нэгтгэхийг дэмжих.
Эрчим хүч хэмнэх загвар: Эд зүйлсийн интернет (iot) технологийг нэгтгэснээр хөргөлтийн эд ангиудын ухаалаг асаалт, цахилгаан тохируулга хийгдэж, нийт эрчим хүчний хэрэглээг бууруулдаг.
V. Хураангуй
Термоэлектрик хөргөлтийн төхөөрөмж, Пелтиер хөргөлтийн төхөөрөмж, термоэлектрик хөргөлтийн систем нь хатуу төлөвт, чимээгүй, температурыг нарийн хянадаг өвөрмөц давуу талуудтай тул хэрэглээний электроник, эмнэлгийн тусламж үйлчилгээ, сансар судлал зэрэг салбарт чухал байр суурь эзэлдэг. Термоэлектрик материалын технологи, бүтцийн дизайныг тасралтгүй сайжруулснаар хөргөлтийн үр ашиг, өртгийн асуудал аажмаар сайжирч, ирээдүйд илүү тодорхой нөхцөлд уламжлалт хөргөлтийн технологийг орлох төлөвтэй байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 12-р сарын 12
