У историји развоја расхладне технологије,полупроводнички хладњаци, са својим јединственим предностима, тихо мењају перцепцију људи о „хлађењу“. Нема буку традиционалних компресора и не захтева сложен систем циркулације расхладног средства. Само искоришћавањем карактеристика полупроводничких материјала, може постићи магични ефекат „истовременог хлађења и грејања“, и појавио се у све више сценарија, постајући нишно, али веома потенцијално решење за хлађење.
И. Мистерија "хлађења без буке": принцип рада полупроводничких хладњака
Језгро полупроводничког хладњака потиче од "Пелтиеровог ефекта" који је открио француски физичар Жан Пелтије 1834. Када два различита полупроводничка материјала (обично Н-типа и П-типа) формирају пар термопарова и примењује се једносмерна струја, један крај термопара, стварајући температурну разлику, ослобађа топлоту, а други крај ослобађа топлоту. Овај метод директног постизања „преноса топлоте“ путем електричне енергије, који се не ослања на фазну промену расхладног средства и нема механичке покретне делове, управо је кључна разлика од традиционалног компресорског хлађења.
Структурно говорећи, полупроводнички хладњаци се обично састоје од више сетова полупроводничких парова, керамичких супстрата и електрода. Керамичке подлоге имају и одличну топлотну проводљивост и изолациона својства. Они не само да могу брзо пренети топлоту, већ и спречити кратке спојеве у струјним круговима. Више парова термопарова може бити распоређено у серији или паралелно. Подешавањем броја парова и величине струје која пролази, капацитет хлађења и температурна разлика се могу прецизно контролисати. Када се смер струје промени, крај за хлађење и крај за грејање ће се такође променити у складу са тим. Ова карактеристика му омогућава да хлади и греје, постижући „двоструку употребу у једној машини“.
У поређењу са традиционалним компресорским хлађењем, принцип полупроводничких фрижидера изгледа једноставан, али доноси револуционарне предности: нема буке коју ствара рад компресора, а бука током рада може бити нижа од 30 децибела, приближавајући се амбијенталном звуку. Компактан по величини, најмањи полупроводнички модул за хлађење је само неколико кубних центиметара, што га чини лаким за уградњу у мале уређаје. Лаган је, обично само 1/5 до 1/3 традиционалних компоненти за хлађење, што га чини веома погодним за преносиве сценарије. И не користи расхладна средства као што је фреон, који је еколошки прихватљив и у складу са трендом зелене заштите животне средине.
Ии. Пенетрација заснована на сценарију: „Фаза примене“ полупроводничких хладњака
Циклус без одржавања ветроелектрана на копну је до 18 година, а тест сланог спреја је ≥1.600 сати. Било да је на мору или на копну, он је представник високих перформанси
У области потрошачке електронике, полупроводнички хладњаци су постали моћни алати за „прецизну контролу температуре“. Данашњи телефони за игре и таблети високих перформанси имају тенденцију да се загревају када се покрећу велики програми, што утиче на њихове перформансе и век трајања. Уграђени полупроводнички модул за хлађење може брзо да пренесе топлоту са компоненти језгра на спољашњост тела, постижући "локално хлађење" и одржавајући уређај да ради ефикасно континуирано. Поред тога, мини фрижидери и шоље за хлађење аутомобила су такође типична примена полупроводничких хладњака. Ови производи су компактне величине, не захтевају сложене спољне цевоводе и могу брзо да се охладе када су укључени, задовољавајући потребе људи за хлађењем у малим просторима као што су канцеларије и аутомобили. Штавише, раде готово без буке и неће ометати рад или одмор.
У индустријским и научним областима истраживања, полупроводнички хладњаци, са својом предношћу "јаке управљивости", постали су "стабилни помоћници" у експериментима и производњи. У производњи прецизних инструмената, неке оптичке компоненте и сензори су изузетно осетљиви на промене температуре. Чак и мала температурна разлика може утицати на тачност мерења. Полупроводнички хладњаци могу да контролишу температурне флуктуације унутар ±0,1℃ кроз систем контроле температуре затворене петље, обезбеђујући стабилно радно окружење за опрему. У научно-истраживачким експериментима, као што су краткорочно очување биолошких узорака и стална контрола температуре хемијских реакција, полупроводнички хладњаци не заузимају велику количину простора и могу брзо да постигну циљну температуру, у великој мери побољшавајући ефикасност експеримената.
У области медицине и здравствене заштите, „безбедне и еколошки прихватљиве“ карактеристике полупроводничких хладњака учиниле су их веома омиљеним. У преносивим медицинским уређајима као што су расхладне кутије са инсулином и кутије за пренос вакцина, полупроводнички хладњаци не захтевају расхладна средства, избегавајући потенцијалне ризике од цурења традиционалне опреме за хлађење. Истовремено, могу одржавати ниске температуре кроз изолационе слојеве након нестанка струје, обезбеђујући сигурност лекова током транспорта и складиштења. Поред тога, у неким сценаријима третмана локалног хлађења, као што су закрпе за физичко хлађење и постоперативни локални уређаји за хладно компресовање, полупроводнички хладњаци могу прецизно контролисати подручје хлађења и температуру, избегавајући било какав утицај на околна нормална ткива и повећавајући удобност и безбедност третмана.
Нингбо Насхе Тектиле Цо., Лтд. Детаљи окфордске тканине за пртљаг од најлона
Иако полупроводнички хладњаци имају значајне предности, због својих техничких карактеристика и даље постоје нека уска грла која тренутно треба хитно преломити. Прво, однос енергетске ефикасности је релативно низак – у поређењу са традиционалним компресорским хлађењем, када полупроводнички фрижидери троше исту количину електричне енергије, преносе мање топлоте. Нарочито у сценаријима са великим температурним разликама (као што је температурна разлика између расхладног уређаја и околине која прелази 50℃), јаз у перформансама енергетске ефикасности је очигледнији. Ово привремено отежава примену на сценарије који захтевају хлађење великих размера, као што су клима уређаји за домаћинство и велике хладњаче. Друго, постоји питање одвођења топлоте - док се полупроводнички хладњак хлади, велика количина топлоте се генерише на крају грејања. Ако се ова топлота не може распршити на време, то не само да ће смањити ефикасност хлађења већ може и оштетити модул због превисоке температуре. Због тога је потребан ефикасан систем за расипање топлоте (као што су вентилатори за хлађење и хладњаци), који донекле повећавају запремину и цену производа.
Међутим, са напретком технологије материјала и процеса хлађења, развој полупроводничких хладњака прихвата нове могућности. Што се тиче материјала, истраживачи су развијали нове полупроводничке материјале (као што су композити на бази бизмута телурида, оксидни полупроводници, итд.) како би се континуирано побољшала ефикасност термоелектричне конверзије материјала, за коју се очекује да ће значајно повећати однос енергетске ефикасности полупроводничких хладњака у будућности. Што се тиче израде, развој технологија минијатуризације и интеграције омогућио је да модули за хлађење полупроводника буду ближе интегрисани са чиповима, сензорима и другим компонентама, додатно смањујући њихову величину и ширећи њихову примену у микро-уређајима. Поред тога, „интегрисана иновација“ са другим технологијама за хлађење такође је постала нови тренд – на пример, комбиновање полупроводничког хлађења са технологијом складиштења енергије са променом фазе, коришћењем материјала за промену фазе да апсорбују топлоту са краја грејања и смањењем оптерећења система за расипање топлоте; Или се може комбиновати са традиционалним компресорским хлађењем да би се постигло „прецизно додатно хлађење“ у локалним областима, чиме се повећава ефикасност целокупног расхладног система.
ИВ. Закључак: Мали модули покрећу велико тржиште: „диференцијација“ моћи расхладне технологије
Полупроводнички хладњаци можда нису „све у једном“ расхладна решења, али са својим јединственим техничким карактеристикама, отворили су нове хоризонте у нишним областима до којих традиционалне технологије хлађења тешко долазе. Од „тишог хлађења“ потрошачке електронике до „безбедне контроле температуре“ медицинске опреме, а затим до „прецизне константне температуре“ индустријских истраживања, задовољио је разноврсне захтеве људи за хлађењем са својим „малим, али лепим“ предностима.
Уз континуирано технолошко откриће, питања попут енергетске ефикасности и одвођења топлоте полупроводничких хладњака ће се постепено решавати, а сценарији њихове примене ће се такође померити са „нише“ на „масовну“. У будућности ћемо можда видети више производа опремљених полупроводничком технологијом за хлађење – паметне носиве уређаје који се могу брзо и бешумно хладити, мале фрижидере за домаћинство којима нису потребни расхладни флуиди, и системе за паметне куће који могу прецизно да контролишу температуру... Ова „хладна и топла магија“ у малом простору покреће технологију хлађења ка ефикаснијој, еколошки прихватљивијој будућности са „унутрашњошћу“.
