تطبيقات وحدات التبريد الكهروحرارية

تطبيقات وحدات التبريد الكهروحرارية

يُعدّ مُكوّن التبريد الكهروحراري جوهر منتج تطبيقات التبريد الكهروحراري. وبناءً على خصائص ونقاط ضعف ونطاق استخدام مُكدّس التبريد الكهروحراري، ينبغي تحديد المشكلات التالية عند اختيار المُكدّس:

1. تحديد حالة تشغيل عناصر التبريد الكهروحرارية. بناءً على اتجاه وحجم تيار التشغيل، يمكن تحديد أداء التبريد والتسخين والحفاظ على درجة حرارة ثابتة للمفاعل، على الرغم من أن طريقة التبريد هي الأكثر شيوعًا، إلا أنه لا ينبغي إغفال أداء التسخين والحفاظ على درجة الحرارة الثابتة.

٢- تحديد درجة الحرارة الفعلية للطرف الساخن أثناء التبريد. نظرًا لأن المفاعل جهاز يعتمد على فرق درجات الحرارة، ولتحقيق أفضل تأثير تبريد، يجب تركيبه على مشعاع جيد. وبناءً على ظروف تبديد الحرارة، يتم تحديد درجة الحرارة الفعلية للطرف الحراري للمفاعل أثناء التبريد. تجدر الإشارة إلى أنه بسبب تأثير تدرج درجة الحرارة، تكون درجة الحرارة الفعلية للطرف الحراري للمفاعل دائمًا أعلى من درجة حرارة سطح المشعاع، وعادةً ما تكون أقل من بضعة أعشار من الدرجة، أو أكثر من بضع درجات، أو عشر درجات. وبالمثل، بالإضافة إلى تدرج تبديد الحرارة عند الطرف الساخن، يوجد أيضًا تدرج في درجة الحرارة بين الحيز المبرد والطرف البارد للمفاعل.

3- تحديد بيئة التشغيل والجو المحيط بالمفاعل. ويشمل ذلك ما إذا كانت وحدات التبريد الكهروحرارية ستعمل في فراغ أو في جو عادي، أو في جو من النيتروجين الجاف، أو في هواء ساكن أو متحرك، ودرجة الحرارة المحيطة، والتي على أساسها تُؤخذ تدابير العزل الحراري (الأديباتية) في الاعتبار ويتم تحديد تأثير تسرب الحرارة.

4. تحديد الغرض التشغيلي للعناصر الكهروحرارية وحجم الحمل الحراري. بالإضافة إلى تأثير درجة حرارة الطرف الساخن، يتم تحديد الحد الأدنى لدرجة الحرارة أو الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة الذي يمكن أن تحققه عناصر TEC N,P في حالتي عدم التحميل والعزل الحراري. في الواقع، لا يمكن أن تكون عناصر بلتييه N,P معزولة حراريًا تمامًا، بل يجب أن يكون لها حمل حراري، وإلا فإنها تفقد جدواها.

5. تحديد مستوى وحدة توليد الطاقة الكهروحرارية (عناصر بلتييه). يجب أن يتوافق اختيار سلسلة المفاعل مع متطلبات فرق درجة الحرارة الفعلي، أي أن فرق درجة الحرارة الاسمي للمفاعل يجب أن يكون أعلى من فرق درجة الحرارة المطلوب فعليًا، وإلا فلن يفي بالمتطلبات. مع ذلك، لا ينبغي أن تكون السلسلة كبيرة جدًا، لأن سعر المفاعل يرتفع بشكل ملحوظ مع زيادة رقم السلسلة.

٦. مواصفات عناصر التبريد الكهروحرارية N وP. بعد اختيار سلسلة عناصر التبريد الكهروحرارية N وP، يمكن تحديد مواصفات هذه العناصر، وخاصة تيار التشغيل. توجد أنواع عديدة من المفاعلات التي تلبي متطلبات فرق درجة الحرارة وإنتاج البرودة في آن واحد، ولكن نظرًا لاختلاف ظروف التشغيل، يُختار عادةً المفاعل ذو أقل تيار تشغيل، لانخفاض تكلفة الطاقة المُشغِّلة في هذه الحالة. مع ذلك، تُعد الطاقة الإجمالية للمفاعل العامل الحاسم، فمع ثبات طاقة الإدخال، يجب زيادة الجهد (٠.١ فولت لكل زوج من المكونات) لتقليل تيار التشغيل، وبالتالي زيادة لوغاريتم عدد المكونات.

7. تحديد عدد عناصر N وP. يعتمد هذا على إجمالي قدرة التبريد للمفاعل لتلبية متطلبات فرق درجة الحرارة، ويجب التأكد من أن مجموع قدرة تبريد المفاعل عند درجة حرارة التشغيل أكبر من إجمالي قدرة الحمل الحراري للجسم العامل، وإلا فلن يتم تلبية المتطلبات. القصور الحراري للمكدس صغير جدًا، لا يتجاوز دقيقة واحدة في حالة عدم وجود حمل، ولكن بسبب قصور الحمل (بسبب السعة الحرارية للحمل بشكل أساسي)، فإن سرعة التشغيل الفعلية للوصول إلى درجة الحرارة المحددة أكبر بكثير من دقيقة واحدة، وقد تصل إلى عدة ساعات. إذا كانت متطلبات سرعة التشغيل أكبر، فسيكون عدد الأكوام أكبر، ويتكون إجمالي قدرة الحمل الحراري من إجمالي السعة الحرارية بالإضافة إلى التسرب الحراري (كلما انخفضت درجة الحرارة، زاد التسرب الحراري).

الجوانب السبعة المذكورة أعلاه هي المبادئ العامة التي يجب مراعاتها عند اختيار وحدة التبريد الكهروحرارية N،P عناصر بلتييه، والتي يجب على المستخدم الأصلي وفقًا لها اختيار وحدات التبريد الكهروحرارية، ومبرد بلتييه، ووحدة TEC وفقًا للمتطلبات.

(1) تأكد من استخدام درجة الحرارة المحيطة Th ℃

(2) درجة الحرارة المنخفضة Tc ℃ التي يصل إليها الحيز أو الجسم المبرد

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

بمعرفة Th و Tc و Q، يمكن تقدير عدد عناصر التبريد الكهروحراري N و P المطلوبة وعدد عناصر TEC N و P وفقًا لمنحنى الخصائص لوحدات التبريد الكهروحراري، ومبرد بلتيير، ووحدات TEC.