థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ యూనిట్లు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ వ్యవస్థల అభివృద్ధి మరియు అనువర్తనం.

థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్, పెల్టియర్ కూలర్ (థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ కాంపోనెంట్స్ అని కూడా పిలుస్తారు) అనేవి పెల్టియర్ ప్రభావం ఆధారంగా ఘన-స్థితి శీతలీకరణ పరికరాలు. వాటికి యాంత్రిక కదలిక లేకపోవడం, శీతలకరణి లేకపోవడం, చిన్న పరిమాణం, వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన మరియు ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్, వైద్య సంరక్షణ, ఆటోమొబైల్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో వాటి అనువర్తనాలు విస్తరిస్తూనే ఉన్నాయి.

I. థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ వ్యవస్థ మరియు భాగాల యొక్క ప్రధాన సూత్రాలు

థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ యొక్క ప్రధాన అంశం పెల్టియర్ ప్రభావం: రెండు వేర్వేరు సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు (P-రకం మరియు N-రకం) థర్మోకపుల్ జతను ఏర్పరుస్తాయి మరియు ప్రత్యక్ష విద్యుత్తును ప్రయోగించినప్పుడు, థర్మోకపుల్ జత యొక్క ఒక చివర వేడిని గ్రహిస్తుంది (శీతలీకరణ ముగింపు), మరియు మరొక చివర వేడిని విడుదల చేస్తుంది (ఉష్ణ వెదజల్లే ముగింపు). విద్యుత్తు దిశను మార్చడం ద్వారా, శీతలీకరణ ముగింపు మరియు ఉష్ణ వెదజల్లే ముగింపును పరస్పరం మార్చుకోవచ్చు.

దీని శీతలీకరణ పనితీరు ప్రధానంగా మూడు ప్రధాన పారామితులపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కోఎఫీషియంట్ ఆఫ్ మెరిట్ (ZT విలువ): థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల పనితీరును అంచనా వేయడానికి ఇది ఒక కీలక సూచిక. ZT విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, శీతలీకరణ సామర్థ్యం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.

వేడి మరియు చల్లని చివరల మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం: వేడి వెదజల్లే చివర వద్ద వేడి వెదజల్లే ప్రభావం నేరుగా శీతలీకరణ చివరలో శీతలీకరణ సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. వేడి వెదజల్లే సజావుగా లేకపోతే, వేడి మరియు చల్లని చివరల మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం తగ్గిపోతుంది మరియు శీతలీకరణ సామర్థ్యం బాగా పడిపోతుంది.

పని చేసే విద్యుత్ ప్రవాహం: రేట్ చేయబడిన పరిధిలో, విద్యుత్ ప్రవాహం పెరుగుదల శీతలీకరణ సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది. అయితే, పరిమితిని దాటిన తర్వాత, జూల్ వేడి పెరుగుదల కారణంగా సామర్థ్యం తగ్గుతుంది.

II థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ యూనిట్ల (పెల్టియర్ శీతలీకరణ వ్యవస్థ) అభివృద్ధి చరిత్ర మరియు సాంకేతిక పురోగతులు

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ భాగాల అభివృద్ధి రెండు ప్రధాన దిశలపై దృష్టి సారించింది: పదార్థ ఆవిష్కరణ మరియు నిర్మాణాత్మక ఆప్టిమైజేషన్.

అధిక పనితీరు గల థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి

డోపింగ్ (Sb, Se వంటివి) మరియు నానోస్కేల్ చికిత్స ద్వారా సాంప్రదాయ Bi₂Te₃-ఆధారిత పదార్థాల ZT విలువను 1.2-1.5కి పెంచారు.

లెడ్ టెల్యూరైడ్ (PbTe) మరియు సిలికాన్-జెర్మేనియం మిశ్రమం (SiGe) వంటి కొత్త పదార్థాలు మధ్యస్థ మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో (200 నుండి 500℃) అసాధారణంగా బాగా పనిచేస్తాయి.

సేంద్రీయ-అకర్బన మిశ్రమ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు మరియు టోపోలాజికల్ అవాహకాలు వంటి కొత్త పదార్థాలు ఖర్చులను మరింత తగ్గించి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయని భావిస్తున్నారు.

కాంపోనెంట్ స్ట్రక్చర్ ఆప్టిమైజేషన్

సూక్ష్మీకరణ రూపకల్పన: వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క సూక్ష్మీకరణ అవసరాలను తీర్చడానికి MEMS (మైక్రో-ఎలక్ట్రో-మెకానికల్ సిస్టమ్స్) సాంకేతికత ద్వారా మైక్రాన్-స్కేల్ థర్మోపైల్స్‌ను సిద్ధం చేయండి.

మాడ్యులర్ ఇంటిగ్రేషన్: అధిక-శక్తి థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ మాడ్యూల్స్, పెల్టియర్ కూలర్లు, పెల్టియర్ పరికరాలు, పారిశ్రామిక-గ్రేడ్ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ అవసరాలను తీర్చడానికి బహుళ థర్మోఎలక్ట్రిక్ యూనిట్లను సిరీస్ లేదా సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయండి.

ఇంటిగ్రేటెడ్ హీట్ డిస్సిపేషన్ స్ట్రక్చర్: కూలింగ్ ఫిన్‌లను హీట్ డిస్సిపేషన్ ఫిన్‌లు మరియు హీట్ పైపులతో అనుసంధానించడం ద్వారా హీట్ డిస్సిపేషన్ సామర్థ్యాన్ని పెంచి మొత్తం వాల్యూమ్‌ను తగ్గించవచ్చు.

III థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్లు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ భాగాల యొక్క సాధారణ అప్లికేషన్ దృశ్యాలు

థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్ల యొక్క గొప్ప ప్రయోజనం వాటి ఘన-స్థితి స్వభావం, శబ్దం-రహిత ఆపరేషన్ మరియు ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణలో ఉంది. అందువల్ల, కంప్రెసర్లు శీతలీకరణకు అనుకూలంగా లేని సందర్భాలలో అవి భర్తీ చేయలేని స్థానాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

కన్స్యూమర్ ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో

మొబైల్ ఫోన్ వేడిని తగ్గించడం: హై-ఎండ్ గేమింగ్ ఫోన్‌లు మైక్రో థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ మాడ్యూల్స్, TEC మాడ్యూల్స్, పెల్టియర్ పరికరాలు, పెల్టియర్ మాడ్యూల్స్‌తో అమర్చబడి ఉంటాయి, ఇవి లిక్విడ్ కూలింగ్ సిస్టమ్‌లతో కలిపి, చిప్ ఉష్ణోగ్రతను త్వరగా తగ్గించగలవు, గేమింగ్ సమయంలో వేడెక్కడం వల్ల ఫ్రీక్వెన్సీ తగ్గింపును నివారిస్తాయి.

కార్ రిఫ్రిజిరేటర్లు, కార్ కూలర్లు: చిన్న కార్ రిఫ్రిజిరేటర్లు ఎక్కువగా థర్మోఎలక్ట్రిక్ కూలింగ్ టెక్నాలజీని అవలంబిస్తాయి, ఇది కూలింగ్ మరియు హీటింగ్ ఫంక్షన్‌లను మిళితం చేస్తుంది (ప్రస్తుత దిశను మార్చడం ద్వారా వేడిని సాధించవచ్చు). అవి పరిమాణంలో చిన్నవి, శక్తి వినియోగం తక్కువగా ఉంటాయి మరియు కారు యొక్క 12V విద్యుత్ సరఫరాతో అనుకూలంగా ఉంటాయి.

పానీయాల కూలింగ్ కప్పు/ఇన్సులేటెడ్ కప్పు: పోర్టబుల్ కూలింగ్ కప్పులో అంతర్నిర్మిత మైక్రో కూలింగ్ ప్లేట్ అమర్చబడి ఉంటుంది, ఇది రిఫ్రిజిరేటర్‌పై ఆధారపడకుండా పానీయాలను 5 నుండి 15 డిగ్రీల సెల్సియస్ వరకు త్వరగా చల్లబరుస్తుంది.

2. వైద్య మరియు జీవ రంగాలు

ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ పరికరాలు: PCR సాధనాలు (పాలిమరేస్ చైన్ రియాక్షన్ సాధనాలు) మరియు రక్త రిఫ్రిజిరేటర్లు వంటివి, స్థిరమైన తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణం అవసరం. సెమీకండక్టర్ శీతలీకరణ భాగాలు ±0.1℃ లోపల ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణను సాధించగలవు మరియు శీతలకరణి కాలుష్యం ప్రమాదం లేదు.

పోర్టబుల్ వైద్య పరికరాలు: ఇన్సులిన్ రిఫ్రిజిరేషన్ బాక్స్‌లు వంటివి, పరిమాణంలో చిన్నవి మరియు ఎక్కువ బ్యాటరీ జీవితకాలం కలిగి ఉంటాయి, డయాబెటిక్ రోగులు బయటకు వెళ్ళేటప్పుడు తీసుకెళ్లడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి, ఇన్సులిన్ నిల్వ ఉష్ణోగ్రతను నిర్ధారిస్తాయి.

లేజర్ పరికరాల ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ: వైద్య లేజర్ చికిత్స పరికరాల (లేజర్‌లు వంటివి) యొక్క ప్రధాన భాగాలు ఉష్ణోగ్రతకు సున్నితంగా ఉంటాయి మరియు సెమీకండక్టర్ శీతలీకరణ భాగాలు పరికరాల స్థిరమైన ఆపరేషన్‌ను నిర్ధారించడానికి నిజ సమయంలో వేడిని వెదజల్లుతాయి.

3. పారిశ్రామిక మరియు అంతరిక్ష రంగాలు

పారిశ్రామిక చిన్న-స్థాయి శీతలీకరణ పరికరాలు: స్థానిక తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వాతావరణం అవసరమయ్యే ఎలక్ట్రానిక్ కాంపోనెంట్ ఏజింగ్ టెస్ట్ ఛాంబర్‌లు మరియు ప్రెసిషన్ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్ స్థిరాంక ఉష్ణోగ్రత స్నానాలు వంటివి, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్లు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ భాగాలను అవసరమైన విధంగా శీతలీకరణ శక్తితో అనుకూలీకరించవచ్చు.

అంతరిక్ష పరికరాలు: అంతరిక్ష నౌకలోని ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు వాక్యూమ్ వాతావరణంలో వేడిని వెదజల్లడంలో ఇబ్బందిని కలిగిస్తాయి. థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శీతలీకరణ యూనిట్లు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ భాగాలు, ఘన-స్థితి పరికరాలుగా, అత్యంత నమ్మదగినవి మరియు కంపనం లేనివి మరియు ఉపగ్రహాలు మరియు అంతరిక్ష కేంద్రాలలో ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ కోసం ఉపయోగించవచ్చు.

4. ఇతర ఉద్భవిస్తున్న దృశ్యాలు

ధరించగలిగే పరికరాలు: అంతర్నిర్మిత ఫ్లెక్సిబుల్ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ ప్లేట్‌లతో కూడిన స్మార్ట్ కూలింగ్ హెల్మెట్‌లు మరియు కూలింగ్ సూట్‌లు అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో మానవ శరీరానికి స్థానిక శీతలీకరణను అందించగలవు మరియు బహిరంగ కార్మికులకు అనుకూలంగా ఉంటాయి.

కోల్డ్ చైన్ లాజిస్టిక్స్: థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్, పెల్టియర్ కూలింగ్ మరియు బ్యాటరీలతో నడిచే చిన్న కోల్డ్ చైన్ ప్యాకేజింగ్ బాక్సులను, పెద్ద రిఫ్రిజిరేటెడ్ ట్రక్కులపై ఆధారపడకుండా టీకాలు మరియు తాజా ఉత్పత్తులను తక్కువ దూరాలకు రవాణా చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

IV. థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్లు, పెల్టియర్ కూలింగ్ భాగాల పరిమితులు మరియు అభివృద్ధి ధోరణులు

ఉన్న పరిమితులు

శీతలీకరణ సామర్థ్యం సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది: దీని శక్తి సామర్థ్య నిష్పత్తి (COP) సాధారణంగా 0.3 మరియు 0.8 మధ్య ఉంటుంది, ఇది కంప్రెసర్ శీతలీకరణ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (COP 2 నుండి 5 వరకు చేరుకుంటుంది), మరియు పెద్ద-స్థాయి మరియు అధిక-సామర్థ్య శీతలీకరణ దృశ్యాలకు తగినది కాదు.

అధిక ఉష్ణ వెదజల్లే అవసరాలు: ఉష్ణ వెదజల్లే చివరన ఉన్న వేడిని సకాలంలో విడుదల చేయలేకపోతే, అది శీతలీకరణ ప్రభావాన్ని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అందువల్ల, ఇది సమర్థవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లే వ్యవస్థతో అమర్చబడి ఉండాలి, ఇది కొన్ని కాంపాక్ట్ దృశ్యాలలో అప్లికేషన్‌ను పరిమితం చేస్తుంది.

అధిక ధర: అధిక-పనితీరు గల థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల (నానో-డోప్డ్ Bi₂Te₃ వంటివి) తయారీ ఖర్చు సాంప్రదాయ శీతలీకరణ పదార్థాల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా అధిక-ముగింపు భాగాల ధర సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

2. భవిష్యత్తు అభివృద్ధి ధోరణులు

మెటీరియల్ పురోగతి: గది-ఉష్ణోగ్రత ZT విలువను 2.0 కంటే ఎక్కువకు పెంచడం మరియు కంప్రెసర్ శీతలీకరణతో సామర్థ్య అంతరాన్ని తగ్గించడం అనే లక్ష్యంతో తక్కువ-ధర, అధిక-ZT విలువ గల థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలను అభివృద్ధి చేయండి.

వశ్యత మరియు ఏకీకరణ: వక్ర ఉపరితల పరికరాలకు (ఫ్లెక్సిబుల్ స్క్రీన్ మొబైల్ ఫోన్లు మరియు స్మార్ట్ ధరించగలిగే పరికరాలు వంటివి) అనుగుణంగా ఉండేలా ఫ్లెక్సిబుల్ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ మాడ్యూల్స్, TEC మాడ్యూల్స్, థర్మోఎలక్ట్రిక్ మాడ్యూల్స్, పెల్టియర్ పరికరాలు, పెల్టియర్ మాడ్యూల్స్, పెల్టియర్ కూలర్‌లను అభివృద్ధి చేయండి; "చిప్-స్థాయి ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ" సాధించడానికి చిప్స్ మరియు సెన్సార్‌లతో థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ భాగాల ఏకీకరణను ప్రోత్సహించండి.

శక్తి పొదుపు డిజైన్: ఇంటర్నెట్ ఆఫ్ థింగ్స్ (iot) టెక్నాలజీని సమగ్రపరచడం ద్వారా, శీతలీకరణ భాగాల యొక్క తెలివైన స్టార్ట్-స్టాప్ మరియు పవర్ రెగ్యులేషన్ సాధించబడతాయి, మొత్తం శక్తి వినియోగాన్ని తగ్గిస్తాయి.

వి. సారాంశం

థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ యూనిట్లు, పెల్టియర్ కూలింగ్ యూనిట్లు, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కూలింగ్ సిస్టమ్‌లు, ఘన-స్థితి, నిశ్శబ్దం మరియు ఖచ్చితంగా ఉష్ణోగ్రత-నియంత్రణ అనే ప్రత్యేక ప్రయోజనాలతో, వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్, వైద్య సంరక్షణ మరియు అంతరిక్షం వంటి రంగాలలో ముఖ్యమైన స్థానాన్ని ఆక్రమించాయి. థర్మోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్ టెక్నాలజీ మరియు స్ట్రక్చరల్ డిజైన్ యొక్క నిరంతర అప్‌గ్రేడ్‌తో, దాని శీతలీకరణ సామర్థ్యం మరియు ఖర్చు యొక్క సమస్యలు క్రమంగా మెరుగుపడతాయి మరియు భవిష్యత్తులో మరింత నిర్దిష్ట సందర్భాలలో ఇది సాంప్రదాయ శీతలీకరణ సాంకేతికతను భర్తీ చేస్తుందని భావిస్తున్నారు.