L'unità di raffreddamentu termoelettrica, u raffreddatore Peltier (cunnisciuti ancu cum'è cumpunenti di raffreddamentu termoelettrici) sò dispositivi di raffreddamentu à statu solidu basati nantu à l'effettu Peltier. Anu i vantaghji di ùn avè micca muvimentu meccanicu, senza refrigerante, dimensioni ridotte, risposta rapida è cuntrollu precisu di a temperatura. In l'ultimi anni, e so applicazioni in l'elettronica di cunsumu, l'assistenza medica, l'automobile è altri campi anu cuntinuatu à espansione.
I. Principii fundamentali di u sistema di raffreddamentu termoelettricu è di i so cumpunenti
U core di u raffreddamentu termoelettricu hè l'effettu Peltier: quandu dui materiali semiconduttori diversi (tipu P è tippu N) formanu una coppia di termocoppie è una corrente continua hè applicata, una estremità di a coppia di termocoppie assorbe u calore (estremità di raffreddamentu), è l'altra estremità libera calore (estremità di dissipazione di u calore). Cambiendu a direzzione di a corrente, l'estremità di raffreddamentu è l'estremità di dissipazione di u calore ponu esse scambiate.
A so prestazione di raffreddamentu dipende principalmente da trè parametri principali:
Coefficiente di meritu termoelettricu (valore ZT): Hè un indicatore chjave per valutà e prestazioni di i materiali termoelettrici. Più altu hè u valore ZT, più alta hè l'efficienza di raffreddamentu.
A diffarenza di temperatura trà l'estremità calde è fredde: L'effettu di dissipazione di u calore à l'estremità di dissipazione di u calore determina direttamente a capacità di raffreddamentu à l'estremità di raffreddamentu. Se a dissipazione di u calore ùn hè micca liscia, a diffarenza di temperatura trà l'estremità calde è fredde si restringerà, è l'efficienza di raffreddamentu diminuirà bruscamente.
Corrente di travagliu: In l'intervallu nominale, un aumentu di a corrente aumenta a capacità di raffreddamentu. Tuttavia, una volta superata a soglia, l'efficienza diminuirà per via di un aumentu di u calore Joule.
II A storia di u sviluppu è e scoperte tecnologiche di l'unità di raffreddamentu termoelettriche (sistema di raffreddamentu Peltier)
In l'ultimi anni, u sviluppu di cumpunenti di raffreddamentu termoelettricu s'hè cuncentratu annantu à duie direzzione maiò: l'innuvazione di i materiali è l'ottimisazione strutturale.
Ricerca è sviluppu di materiali termoelettrici d'altu rendimentu
U valore ZT di i materiali tradiziunali à basa di Bi₂Te₃ hè statu aumentatu à 1,2-1,5 per via di u doping (cum'è Sb, Se) è di u trattamentu à nanoscala.
I novi materiali cum'è u tellururo di piombu (PbTe) è a lega di siliciu-germaniu (SiGe) anu prestazioni eccezziunali in scenarii di temperatura media è alta (da 200 à 500 ℃).
Si prevede chì i novi materiali cum'è i materiali termoelettrici cumposti organici-inorganici è l'isolanti topologichi riduceranu ulteriormente i costi è migliureranu l'efficienza.
Ottimizazione di a struttura di i cumpunenti
Cuncepimentu di miniaturizazione: Preparate termopile à scala micronica per mezu di a tecnulugia MEMS (Sistemi Micro-Elettro-Meccanichi) per risponde à i requisiti di miniaturizazione di l'elettronica di cunsumu.
Integrazione modulare: Cunnette parechje unità termoelettriche in serie o parallelu per furmà moduli di raffreddamentu termoelettricu d'alta putenza, raffreddatori Peltier, dispositivi Peltier, chì rispondenu à i requisiti di raffreddamentu termoelettricu di qualità industriale.
Struttura integrata di dissipazione di u calore: Integrate l'alette di raffreddamentu cù l'alette di dissipazione di u calore è i tubi di calore per migliurà l'efficienza di dissipazione di u calore è riduce u vulume generale.
III Scenarii d'applicazione tipici di unità di raffreddamentu termoelettriche, cumpunenti di raffreddamentu termoelettrici
U più grande vantaghju di l'unità di raffreddamentu termoelettriche reside in a so natura à statu solidu, u funziunamentu senza rumore è u cuntrollu precisu di a temperatura. Dunque, occupanu una pusizione insustituibile in scenarii induve i compressori ùn sò micca adatti per u raffreddamentu.
In u campu di l'elettronica di cunsumu
Dissipazione di u calore di i telefoni cellulari: I telefoni di ghjocu di alta gamma sò dotati di moduli di raffreddamentu micro termoelettrici, moduli TEC, dispositivi Peltier, moduli Peltier, chì, in cumbinazione cù sistemi di raffreddamentu liquidu, ponu abbassà rapidamente a temperatura di u chip, impedendu a riduzione di frequenza per via di u surriscaldamentu durante u ghjocu.
Frigoriferi per vitture, Raffreddatori per vitture: I picculi frigoriferi per vitture aduttanu soprattuttu a tecnulugia di raffreddamentu termoelettricu, chì combina funzioni di raffreddamentu è riscaldamentu (u riscaldamentu pò esse ottenutu cambiendu a direzzione di a corrente). Sò di dimensioni ridotte, anu un cunsumu energeticu bassu è sò cumpatibili cù l'alimentazione 12V di una vittura.
Tazza di raffreddamentu per bevande / tazza isolata: A tazza di raffreddamentu portatile hè dotata di una piastra di raffreddamentu micro integrata, chì pò raffreddà rapidamente e bevande da 5 à 15 gradi Celsius senza affidà si à un frigorifero.
2. Campi medichi è biologichi
Attrezzatura precisa di cuntrollu di a temperatura: cum'è l'istrumenti PCR (strumenti di reazione à catena di a polimerasi) è i frigoriferi di sangue, necessitanu un ambiente stabile à bassa temperatura. I cumpunenti di refrigerazione à semiconduttori ponu ottene un cuntrollu precisu di a temperatura in ± 0,1 ℃, è ùn ci hè micca risicu di contaminazione di refrigerante.
Dispositivi medichi portatili: cum'è e scatule di refrigerazione per l'insulina, chì sò di piccula dimensione è anu una longa durata di a batteria, sò adatti per i pazienti diabetici da purtà quandu escenu, assicurendu a temperatura di conservazione di l'insulina.
Cuntrollu di a temperatura di l'equipaggiu laser: I cumpunenti principali di i dispusitivi di trattamentu laser medicale (cum'è i laser) sò sensibili à a temperatura, è i cumpunenti di raffreddamentu di i semiconduttori ponu dissipà u calore in tempu reale per assicurà u funziunamentu stabile di l'equipaggiu.
3. Campi industriali è aerospaziali
Attrezzature di refrigerazione industriale à piccula scala: cum'è camere di prova di invecchiamentu di cumpunenti elettronichi è bagni di temperatura custante di strumenti di precisione, chì necessitanu un ambiente lucale à bassa temperatura, unità di raffreddamentu termoelettriche, i cumpunenti termoelettrici ponu esse persunalizati cù a putenza di refrigerazione secondu i bisogni.
Attrezzatura aerospaziale: I dispositivi elettronichi in i veiculi spaziali anu difficultà à dissipà u calore in un ambiente di vacuum. I sistemi di raffreddamentu termoelettricu, l'unità di raffreddamentu termoelettricu, i cumpunenti termoelettrici, cum'è dispositivi à statu solidu, sò assai affidabili è senza vibrazioni, è ponu esse aduprati per u cuntrollu di a temperatura di l'apparecchiature elettroniche in satelliti è stazioni spaziali.
4. Altri scenarii emergenti
Dispositivi indossabili: I caschi di raffreddamentu intelligenti è e tute di raffreddamentu, cù piastre di raffreddamentu termoelettriche flessibili integrate, ponu furnisce un raffreddamentu lucale per u corpu umanu in ambienti à alta temperatura è sò adatti per i travagliadori esterni.
Logistica di a catena di u fretu: Piccule scatule d'imballaggio di a catena di u fretu, alimentate da u raffreddamentu termoelettricu, u raffreddamentu Peltier è e batterie, ponu esse aduprate per u trasportu à corta distanza di vaccini è prudutti freschi senza affidà si à grandi camion refrigerati.
IV. Limitazioni è Tendenze di Sviluppu di unità di raffreddamentu termoelettriche, cumpunenti di raffreddamentu Peltier
Limitazioni esistenti
L'efficienza di raffreddamentu hè relativamente bassa: u so rapportu di efficienza energetica (COP) hè generalmente trà 0,3 è 0,8, chì hè assai più bassu di quellu di u raffreddamentu à compressore (u COP pò ghjunghje da 2 à 5), è ùn hè micca adattatu per scenarii di raffreddamentu à grande scala è di alta capacità.
Requisiti elevati di dissipazione di u calore: Se u calore à l'estremità di dissipazione di u calore ùn pò esse scaricatu in tempu, questu affetterà seriamente l'effettu di raffreddamentu. Dunque, deve esse dotatu di un sistema di dissipazione di u calore efficiente, ciò chì limita l'applicazione in certi scenarii compatti.
Costu elevatu: U costu di preparazione di materiali termoelettrici d'alta prestazione (cum'è Bi₂Te₃ nano-dopatu) hè più altu ch'è quellu di i materiali di refrigerazione tradiziunali, ciò chì si traduce in un prezzu relativamente altu di cumpunenti di alta gamma.
2. Tendenze di sviluppu futuru
Svolta materiale: Sviluppà materiali termoelettrici à bassu costu è à altu valore ZT, cù l'ubbiettivu di aumentà u valore ZT à temperatura ambiente à più di 2,0 è di riduce u gap di efficienza cù a refrigerazione à compressore.
Flessibilità è integrazione: Sviluppà moduli di raffreddamentu termoelettricu flessibili, moduli TEC, moduli termoelettrici, dispositivi Peltier, moduli Peltier, raffreddatori Peltier, per adattassi à dispositivi à superficie curva (cum'è telefoni cellulari cù schermu flessibile è dispositivi indossabili intelligenti); Promuovere l'integrazione di cumpunenti di raffreddamentu termoelettricu cù chip è sensori per ottene un "cuntrollu di a temperatura à livellu di chip".
Cuncepimentu à risparmiu energeticu: Integrandu a tecnulugia di l'Internet di e Cose (IoT), si ottenenu un avviamentu-arrestu intelligente è una regulazione di a putenza di i cumpunenti di raffreddamentu, riducendu u cunsumu energeticu generale.
V. Riassuntu
L'unità di raffreddamentu termoelettriche, l'unità di raffreddamentu Peltier, i sistemi di raffreddamentu termoelettrici, cù i so vantaghji unichi di esse à statu solidu, silenziosi è cuntrullati precisamente da a temperatura, occupanu una pusizione impurtante in campi cum'è l'elettronica di cunsumu, l'assistenza medica è l'aerospaziale. Cù l'aghjurnamentu cuntinuu di a tecnulugia di i materiali termoelettrici è di u disignu strutturale, i prublemi di a so efficienza è di u so costu di raffreddamentu migliuraranu gradualmente, è si prevede chì rimpiazzeranu a tecnulugia di raffreddamentu tradiziunale in scenarii più specifici in u futuru.
Data di publicazione: 12 dicembre 2025
