التكنولوجيا الحرارية الكهربائية هي تقنية إدارة حرارية نشطة تعتمد على تأثير بلتيير. اكتشفها JCA بلتيير في عام 1834، وتتضمن هذه الظاهرة تسخين أو تبريد تقاطع مادتين حراريتين كهربائيتين (البزموت والتيلورايد) عن طريق تمرير التيار عبر التقاطع. أثناء التشغيل، يتدفق التيار المستمر عبر وحدة TEC مما يتسبب في نقل الحرارة من جانب إلى آخر. مما يؤدي إلى إنشاء جانب بارد وجانب ساخن. إذا تم عكس اتجاه التيار، يتغير الجانبان البارد والساخن. يمكن أيضًا تعديل قوة التبريد عن طريق تغيير تيار التشغيل. يتكون المبرد أحادي المرحلة النموذجي (الشكل 1) من لوحين سيراميكيين مع مادة شبه موصلة من النوع p وn (البزموت والتيلورايد) بين اللوحين السيراميكيين. يتم توصيل عناصر مادة أشباه الموصلات كهربائيًا على التوالي وحراريًا على التوازي.
وحدة التبريد الكهروحرارية (جهاز بلتييه) TEC هي نوع من مضخات الطاقة الحرارية ذات الحالة الصلبة، وبفضل وزنها وحجمها ومعدل تفاعلها، فهي مناسبة جدًا للاستخدام ضمن أنظمة التبريد المدمجة (نظرًا لضيق المساحة). بفضل مزاياها، مثل التشغيل الهادئ، ومقاومة الكسر، ومقاومة الصدمات، وعمرها الافتراضي الطويل، وسهولة صيانتها، تُستخدم وحدات التبريد الكهروحرارية الحديثة TEC في مجالات المعدات العسكرية، والطيران، والفضاء، والعلاج الطبي، والوقاية من الأوبئة، والأجهزة التجريبية، والمنتجات الاستهلاكية (مثل مبردات المياه، ومبردات السيارات، وثلاجات الفنادق، ومبردات النبيذ، والمبردات الشخصية الصغيرة، ووسائد النوم المبردة والدافئة، وغيرها).
اليوم، بسبب وزنها المنخفض، وحجمها الصغير أو قدرتها المنخفضة وتكلفتها المنخفضة، يتم استخدام التبريد الحراري الكهربائي على نطاق واسع في المعدات الطبية والصيدلانية والطيران والفضاء والعسكرية وأنظمة النسخ الطيفي والمنتجات التجارية (مثل موزع المياه الساخنة والباردة، والثلاجات المحمولة، ومبردات السيارات وما إلى ذلك).
حدود | |
I | تيار التشغيل لوحدة TEC (بالأمبير) |
Iالأعلى | تيار التشغيل الذي يحدث أقصى فرق في درجة الحرارة △Tالأعلى(بالأمبير) |
Qc | كمية الحرارة التي يمكن امتصاصها عند الوجه البارد لـ TEC (بالواط) |
Qالأعلى | أقصى كمية حرارة يمكن امتصاصها في الجانب البارد. يحدث هذا عند I = Iالأعلىوعندما دلتا T = 0. (بالواط) |
Tحار | درجة حرارة الوجه الجانبي الساخن عند تشغيل وحدة TEC (بالدرجة المئوية) |
Tبارد | درجة حرارة الوجه الجانبي البارد عند تشغيل وحدة TEC (بالدرجة المئوية) |
△T | الفرق في درجة الحرارة بين الجانب الساخن (T)h) والجانب البارد (Tc). دلتا ت = تh-Tc(بالدرجة المئوية) |
△Tالأعلى | أقصى فرق في درجة الحرارة يمكن لوحدة TEC تحقيقه بين الجانب الساخن (Th) والجانب البارد (Tc). يحدث هذا (أقصى قدرة تبريد) عند I = Iالأعلىو سc= 0. (بالدرجة المئوية) |
Uالأعلى | إمداد الجهد عند I = Iالأعلى(بالفولت) |
ε | كفاءة تبريد وحدة TEC (%) |
α | معامل سيبيك للمواد الحرارية الكهربائية (فولت/درجة مئوية) |
σ | المعامل الكهربائي للمادة الحرارية الكهربائية (1/سم·أوم) |
κ | الموصلية الحرارية للمواد الحرارية الكهربائية (W/CM·°C) |
N | عدد العناصر الحرارية الكهربائية |
Iεالأعلى | التيار المتصل عندما تكون درجة حرارة الجانب الساخن والجانب القديم لوحدة TEC قيمة محددة وتتطلب الحصول على أقصى كفاءة (بالأمبير) |
مقدمة لصيغ التطبيق لوحدة TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-لي²/2σS-κs/Lx(Tح- تج) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-لي/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(Tح- تج)]
ε = Qc/واجهة المستخدم
Qح= سج + وحدة دولية
△تالأعلى= تح+ 273 + κ/σα² س [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Iالحد الأقصى =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεالحد الأقصى =ασS (Tح- تج) / L (√1+0.5σα²(546+ Tح- تج)/ κ-1)