تطبيقات وحدات التبريد الحرارية الكهربائية

تطبيقات وحدات التبريد الحرارية الكهربائية

تُعدّ وحدة التبريد الكهروحرارية جوهر منتج تطبيق التبريد الكهروحراري. بناءً على خصائص ونقاط ضعف ونطاق استخدام وحدة التبريد الكهروحرارية، ينبغي تحديد المشكلات التالية عند اختيار وحدة التبريد الكهروحرارية:

١. تحديد حالة عمل عناصر التبريد الكهروحرارية. بناءً على اتجاه وحجم تيار العمل، يُمكن تحديد أداء التبريد والتسخين ودرجة الحرارة الثابتة للمفاعل. على الرغم من أن طريقة التبريد هي الأكثر شيوعًا، إلا أنه لا ينبغي تجاهل أداء التسخين ودرجة الحرارة الثابتة.

٢. تحديد درجة الحرارة الفعلية للطرف الساخن عند التبريد. لأن المفاعل هو جهاز فرق درجة الحرارة، لتحقيق أفضل تأثير تبريد، يجب تثبيت المفاعل على مشعاع جيد، وفقًا لظروف تبديد الحرارة الجيدة أو السيئة، لتحديد درجة الحرارة الفعلية للطرف الحراري للمفاعل عند التبريد. تجدر الإشارة إلى أنه بسبب تأثير تدرج درجة الحرارة، تكون درجة الحرارة الفعلية للطرف الحراري للمفاعل دائمًا أعلى من درجة حرارة سطح المبرد، وعادةً ما تكون أقل من بضعة أعشار الدرجة، وأكثر من بضع درجات، وعشر درجات. وبالمثل، بالإضافة إلى تدرج تبديد الحرارة في الطرف الساخن، يوجد أيضًا تدرج في درجة الحرارة بين المساحة المبردة والطرف البارد للمفاعل.

٣. تحديد بيئة عمل المفاعل وأجواءه. يشمل ذلك ما إذا كانت وحدات TEC، ووحدات التبريد الكهروحرارية، ستعمل في الفراغ أو في جو عادي، مع النيتروجين الجاف، والهواء الثابت أو المتحرك، ودرجة الحرارة المحيطة، والتي تُؤخذ بناءً عليها معايير العزل الحراري (الأدياباتي) في الاعتبار، ويُحدد تأثير تسرب الحرارة.

٤. تحديد هدف عمل العناصر الكهروحرارية وحجم الحمل الحراري. بالإضافة إلى تأثير درجة حرارة الطرف الساخن، يُحدد الحد الأدنى أو الأقصى لفرق درجة الحرارة الذي يمكن أن تحققه عناصر TEC N,P في حالتي عدم الحمل والحالة الأديباتية. في الواقع، لا يمكن لعناصر Peltier N,P أن تكون أديباتية تمامًا، بل يجب أن يكون لها أيضًا حمل حراري، وإلا فهي لا قيمة لها.

٥. تحديد مستوى الوحدة الكهروحرارية، وحدة TEC (عناصر بلتييه). يجب أن يلبي اختيار سلسلة المفاعلات متطلبات فرق درجة الحرارة الفعلي، أي أن فرق درجة الحرارة الاسمي للمفاعل يجب أن يكون أعلى من فرق درجة الحرارة الفعلي المطلوب، وإلا فلن يلبي المتطلبات، ولكن لا يمكن أن تكون السلسلة كبيرة جدًا، لأن سعر المفاعل سيرتفع بشكل كبير مع زيادة السلسلة.

٦. مواصفات عناصر N,P الحرارية الكهربائية. بعد اختيار سلسلة عناصر N,P لجهاز بيلتييه، يُمكن تحديد مواصفات عناصر N,P، وخاصةً تيار التشغيل لعناصر N,P المُبرِّدة. نظرًا لاختلاف ظروف التشغيل، يُختار عادةً المفاعل ذو أقل تيار تشغيل، نظرًا لانخفاض تكلفة الطاقة الداعمة في هذه الحالة، ولكن الطاقة الكلية للمفاعل هي العامل الحاسم. لتقليل تيار التشغيل، يجب زيادة الجهد (٠.١ فولت لكل زوج من المكونات) بنفس طاقة الإدخال، مما يُؤدي إلى زيادة لوغاريتم المكونات.

7. تحديد عدد عناصر N و P. يعتمد ذلك على إجمالي قدرة التبريد للمفاعل لتلبية متطلبات فرق درجة الحرارة، ويجب التأكد من أن مجموع سعة تبريد المفاعل عند درجة حرارة التشغيل أكبر من إجمالي قدرة الحمل الحراري للجسم العامل، وإلا فإنه لا يمكن تلبية المتطلبات. القصور الذاتي الحراري للمدخنة صغير جدًا، لا يزيد عن دقيقة واحدة في حالة عدم التحميل، ولكن بسبب قصور الحمل (ويرجع ذلك أساسًا إلى السعة الحرارية للحمل)، فإن سرعة العمل الفعلية للوصول إلى درجة الحرارة المحددة أكبر بكثير من دقيقة واحدة، وتستمر لعدة ساعات. إذا كانت متطلبات سرعة العمل أكبر، فسيكون عدد الأكوام أكبر، وتتكون القدرة الإجمالية للحمل الحراري من إجمالي السعة الحرارية بالإضافة إلى تسرب الحرارة (كلما انخفضت درجة الحرارة، زاد تسرب الحرارة).

تعتبر الجوانب السبعة المذكورة أعلاه هي المبادئ العامة التي يجب مراعاتها عند اختيار عناصر Peltier لوحدة حرارية كهربائية N، P، وفقًا لذلك يجب على المستخدم الأصلي أولاً اختيار وحدات التبريد الحرارية الكهربائية، ومبرد Peltier، ووحدة TEC وفقًا للمتطلبات.

(1) تأكيد استخدام درجة الحرارة المحيطة Th ℃

(2) درجة الحرارة المنخفضة Tc ℃ التي تصل إليها المساحة المبردة أو الجسم

(3) الحمل الحراري المعروف Q (القدرة الحرارية Qp، تسرب الحرارة Qt) W

بالنظر إلى Th وTc وQ، يمكن تقدير عناصر N,P المطلوبة لمبرد حراري كهربائي وعدد عناصر TEC N,P وفقًا للمنحنى المميز لوحدات التبريد الحراري الكهربائي، ومبرد بيليتيه، ووحدات TEC.