Hozte-unitate termoelektrikoa, Peltier hozkailua (hozte-osagai termoelektriko gisa ere ezaguna) Peltier efektuan oinarritutako egoera solidoko hozte-gailuak dira. Mugimendu mekanikorik ez izatearen, hozgarririk ez izatearen, tamaina txikiaren, erantzun azkarraren eta tenperaturaren kontrol zehatzaren abantailak dituzte. Azken urteotan, kontsumo-elektronikan, medikuntzan, automobilgintzan eta beste arlo batzuetan dituzten aplikazioak zabaltzen jarraitu dute.
I. Hozte termoelektrikoaren sistemaren eta osagaien oinarrizko printzipioak
Hozte termoelektrikoaren muina Peltier efektua da: bi material erdieroale ezberdinek (P motakoa eta N motakoa) termopare bikote bat osatzen dutenean eta korronte zuzena aplikatzen denean, termopare bikotearen mutur batek beroa xurgatuko du (hozte muturra), eta beste muturrak beroa askatuko du (beroa xahutzeko muturra). Korrontearen norabidea aldatuz, hozte muturra eta beroa xahutzeko muturra trukatu daitezke.
Bere hozte-errendimendua hiru parametro nagusiren araberakoa da batez ere:
Meritu termoelektrikoaren koefizientea (ZT balioa): Material termoelektrikoen errendimendua ebaluatzeko adierazle gakoa da. Zenbat eta handiagoa izan ZT balioa, orduan eta handiagoa da hozte-eraginkortasuna.
Mutur beroaren eta hotzaren arteko tenperatura-aldea: Beroa xahutzeko muturrean dagoen beroa xahutzeko efektuak zuzenean zehazten du hozte-muturreko hozte-ahalmena. Beroa xahutzea leuna ez bada, mutur beroaren eta hotzaren arteko tenperatura-aldea murriztu egingo da, eta hozte-eraginkortasuna nabarmen jaitsiko da.
Laneko korrontea: Tarte nominalaren barruan, korrontearen igoerak hozte-ahalmena hobetzen du. Hala ere, atalasea gainditu ondoren, eraginkortasuna gutxitu egingo da Joule beroaren igoeraren ondorioz.
II Hozte-unitate termoelektrikoen (Peltier hozte-sistema) garapen-historia eta aurrerapen teknologikoak
Azken urteotan, hozte termoelektrikoaren osagaien garapena bi norabide nagusitan zentratu da: materialen berrikuntza eta egituraren optimizazioa.
Errendimendu handiko material termoelektrikoen ikerketa eta garapena
Bi₂Te₃-n oinarritutako materialen ZT balioa 1,2-1,5era igo da dopaketaren bidez (Sb, Se bezalakoak) eta nanoeskalako tratamenduaren bidez.
Berun telururoa (PbTe) eta silizio-germanio aleazioa (SiGe) bezalako material berriek oso ondo funtzionatzen dute tenperatura ertain eta altuko eszenatokietan (200 eta 500 ℃ artean).
Material termoelektriko konposatu organiko-ez-organikoak eta isolatzaile topologikoak bezalako material berriek kostuak are gehiago murriztea eta eraginkortasuna hobetzea espero da.
Osagaien egituraren optimizazioa
Miniaturizazio diseinua: Mikroi eskalako termopilak prestatu MEMS (Mikro-Sistema Elektromekanikoak) teknologiaren bidez, kontsumo elektronikaren miniaturizazio eskakizunak betetzeko.
Integrazio modularra: Konektatu hainbat unitate termoelektriko seriean edo paraleloan potentzia handiko hozte termoelektriko moduluak, Peltier hozkailuak, Peltier gailuak osatzeko, industria-mailako hozte termoelektrikoaren eskakizunak betetzen dituztenak.
Beroa xahutzeko egitura integratua: Hozte-hegatsak beroa xahutzeko hegatsekin eta bero-hodiekin integratu, beroa xahutzeko eraginkortasuna hobetzeko eta bolumen orokorra murrizteko.
III Hozte termoelektrikoko unitateen eta hozte termoelektrikoko osagaien aplikazio-eszenatoki tipikoak
Hozte-unitate termoelektrikoen abantaila handiena egoera solidoko izaeran, zaratarik gabeko funtzionamenduan eta tenperaturaren kontrol zehatzean datza. Hori dela eta, ordezkaezinak diren konpresoreak hozteko egokiak ez diren egoeretan posizioa dute.
Kontsumo-elektronikaren arloan
Telefono mugikorren beroaren xahutzea: Goi-mailako joko-telefonoek mikro-hozte-modulu termoelektrikoekin, TEC moduluekin, Peltier gailuekin eta Peltier moduluekin hornituta daude, eta hauek, hozte-sistemekin konbinatuta, txiparen tenperatura azkar jaitsi dezakete, jokoetan gehiegi berotzea eraginez maiztasuna murriztea saihestuz.
Autoentzako hozkailuak, autoentzako hozkailuak: Autoentzako hozkailu txikiek gehienbat hozte termoelektrikoa erabiltzen dute, hozte eta berotze funtzioak konbinatzen dituena (berotzea korrontearen norabidea aldatuz lor daiteke). Tamaina txikikoak dira, energia-kontsumo txikikoak eta auto baten 12V-ko elikatze-iturriarekin bateragarriak.
Edariak hozteko kopa/kopa isolatua: Hozteko kopa eramangarriak mikrohozte-plaka integratu bat du, eta horri esker, edariak azkar hoztu daitezke 5 eta 15 gradu Celsius artean, hozkailu baten beharrik gabe.
2. Medikuntza eta biologia arloak
Tenperatura-kontrolerako ekipamendu zehatza: PCR tresnek (polimerasa-kate-erreakzioko tresnak) eta odol-hozkailuek tenperatura baxuko ingurune egonkorra behar dute. Erdieroaleen hozte-osagaiek tenperatura-kontrol zehatza lor dezakete ±0,1 ℃-tan, eta ez dago hozgarri-kutsadura arriskurik.
Gailu mediko eramangarriak: tamaina txikiko eta bateria-iraupen luzeko intsulina hozteko kaxak bezalakoak, diabetesa duten pazienteek kanpora ateratzean eramateko egokiak dira, intsulinaren biltegiratze-tenperatura bermatuz.
Laser ekipamenduen tenperaturaren kontrola: Laser tratamendu medikoko gailuen osagai nagusiak (laserrak adibidez) tenperaturarekiko sentikorrak dira, eta erdieroaleen hozte-osagaiek beroa denbora errealean xahutu dezakete ekipamenduaren funtzionamendu egonkorra bermatzeko.
3. Industria eta aeroespazial arloak
Eskala txikiko hozte-ekipo industrialak: hala nola, osagai elektronikoen zahartze-probak egiteko ganberak eta zehaztasun-tresnen tenperatura konstanteko bainuak, tokiko tenperatura baxuko ingurunea behar dutenak, hozte-unitate termoelektrikoak, osagai termoelektrikoak behar den moduan hozte-potentziarekin pertsonaliza daitezke.
Aire eta espazioko ekipamendua: Espazio-ontzietako gailu elektronikoek zailtasunak dituzte beroa xahutzeko hutsune-ingurune batean. Hozte-sistema termoelektrikoak, hozte-unitate termoelektrikoak, osagai termoelektrikoak, egoera solidoko gailu gisa, oso fidagarriak eta bibraziorik gabekoak dira, eta satelite eta espazio-estazioetako ekipamendu elektronikoen tenperatura kontrolatzeko erabil daitezke.
4. Bestelako egoera berriak
Gailu eramangarriak: Hozte-kaska adimendunek eta hozte-jantziek, hozte-plaka termoelektriko malguak dituztenek, giza gorputza tenperatura altuko inguruneetan hozte lokala eman dezakete eta kanpoko langileentzat egokiak dira.
Hotz-katearen logistika: Hotz-kateko ontziratze-kutxa txikiak, hozte termoelektrikoz, Peltier hoztez eta bateriez hornituta, txertoak eta produktu freskoak distantzia laburreko garraiorako erabil daitezke, hozkailu-kamioi handien menpe egon gabe.
IV. Hozte-unitate termoelektrikoen eta Peltier hozte-osagaien mugak eta garapen-joerak
Dauden mugak
Hozte-eraginkortasuna nahiko baxua da: energia-eraginkortasun ratioa (COP) normalean 0,3 eta 0,8 artekoa da, konpresore bidezko hoztearena baino askoz txikiagoa (COP 2tik 5era irits daiteke), eta ez da egokia eskala handiko eta ahalmen handiko hozte-eszenatokietarako.
Beroa xahutzeko eskakizun handiak: Beroa xahutzeko muturreko beroa garaiz askatu ezin bada, hozte-efektuan eragin handia izango du. Beraz, beroa xahutzeko sistema eraginkor batekin hornitu behar da, eta horrek eszenatoki trinko batzuetan aplikazioa mugatzen du.
Kostu handia: Errendimendu handiko material termoelektrikoen (adibidez, nano-dopatutako Bi₂Te₃) prestaketa-kostua hozte-material tradizionalena baino handiagoa da, eta horrek goi-mailako osagaien prezioa nahiko altua izatea dakar.
2. Etorkizuneko garapen joerak
Materialen aurrerapena: kostu baxuko eta ZT balio handiko material termoelektrikoak garatzea, giro-tenperaturako ZT balioa 2,0tik gora igotzeko eta konpresore bidezko hoztearekiko eraginkortasun-aldea murrizteko helburuarekin.
Malgutasuna eta integrazioa: Hozte termoelektrikoko modulu malguak, TEC moduluak, modulu termoelektrikoak, Peltier gailuak, Peltier moduluak, Peltier hozkailuak garatzea, gainazal kurbatuko gailuetara egokitzeko (hala nola, pantaila malguko telefono mugikor eta gailu eramangarri adimendunetara); Hozte termoelektrikoaren osagaien txipekin eta sentsoreekin integratzea sustatzea, "txip mailako tenperaturaren kontrola" lortzeko.
Energia aurrezteko diseinua: Gauzen Internet (IoT) teknologia integratuz, hozte-osagaien abiarazteko eta gelditzeko funtzio adimendunak eta potentzia-erregulazioa lortzen dira, energia-kontsumo orokorra murriztuz.
V. Laburpena
Hozte-unitate termoelektrikoek, Peltier hozte-unitateek eta hozte-sistemek, egoera solidokoak, isilak eta tenperatura-kontrol zehatza duten abantaila paregabeekin, leku garrantzitsua dute kontsumo-elektronika, medikuntza eta aeroespazial gisako arloetan. Material termoelektrikoen teknologia eta egitura-diseinuaren etengabeko hobekuntzarekin, hozte-eraginkortasunaren eta kostuaren gaiak pixkanaka hobetuko dira, eta etorkizunean eszenatoki zehatzagoetan hozte-teknologia tradizionala ordezkatzea espero da.
Argitaratze data: 2025eko abenduak 12
