การประยุกต์ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกและโมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกในตู้แช่เบียร์ ตู้แช่รถยนต์ และตู้แช่ไวน์

โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก หรือโมดูลเพลเทียร์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อโมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริก หรือ TEC) เป็นเทคโนโลยีทั่วไปที่ใช้ปรากฏการณ์เพลเทียร์ในการทำความเย็นในตู้เย็นรถยนต์ ต่อไปนี้คือคุณสมบัติการใช้งานหลัก ข้อดี ข้อจำกัด และแนวโน้มการพัฒนาของแผ่นเหล่านี้ในตู้เย็นรถยนต์:

1. ภาพรวมหลักการทำงาน

โมดูลทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริก โมดูลเพลเทียร์ และองค์ประกอบเพลเทียร์ ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N และชนิด P เมื่อจ่ายกระแสตรงเข้าไป จะเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อ ด้านหนึ่งจะดูดซับความร้อน (ปลายเย็น) และอีกด้านหนึ่งจะปล่อยความร้อน (ปลายร้อน) โดยการออกแบบระบบระบายความร้อนที่เหมาะสม (เช่น พัดลม แผ่นระบายความร้อน) ความร้อนจะถูกระบายออกไป ทำให้เกิดความเย็นภายในตู้เย็น

2. ข้อดีของตู้เย็นในรถยนต์ ได้แก่ ตู้เย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับรถยนต์ ตู้แช่ไวน์ ตู้แช่เบียร์ และอุปกรณ์ทำความเย็นเบียร์

ไม่มีคอมเพรสเซอร์ ไม่มีสารทำความเย็น

ไม่ใช้สารทำความเย็นแบบดั้งเดิม เช่น ฟรีออน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่มีความเสี่ยงต่อการรั่วไหล

โครงสร้างเรียบง่าย ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว ทำงานเงียบ และมีการสั่นสะเทือนต่ำ

ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา

เหมาะสำหรับพื้นที่จำกัดภายในรถยนต์ ช่วยให้สามารถติดตั้งเข้ากับตู้เย็นขนาดเล็กในรถยนต์หรืออุปกรณ์ทำความเย็นในช่องวางแก้วได้อย่างสะดวก

เริ่มต้นทำงานอย่างรวดเร็ว ควบคุมได้อย่างแม่นยำ

เปิดใช้งานเพื่อระบายความร้อน ด้วยการตอบสนองที่รวดเร็ว สามารถควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำโดยการปรับขนาดกระแสไฟฟ้า

ความน่าเชื่อถือสูง อายุการใช้งานยาวนาน

ไม่มีการสึกหรอทางกลไก อายุการใช้งานเฉลี่ยยาวนานถึงหลายหมื่นชั่วโมง ค่าบำรุงรักษาต่ำ

รองรับทั้งโหมดทำความเย็นและทำความร้อน

การเปลี่ยนทิศทางกระแสไฟฟ้าสามารถสลับขั้วเย็นและขั้วร้อนได้ ตู้เย็นในรถยนต์บางรุ่นมีฟังก์ชันทำความร้อน (เช่น การรักษาความร้อนของกาแฟหรือการอุ่นอาหาร)

3. ข้อจำกัดหลัก

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนต่ำ (ค่า COP ต่ำ)

เมื่อเทียบกับระบบทำความเย็นแบบคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ (โดยทั่วไป COP < 0.5) ใช้พลังงานสูง และไม่เหมาะสำหรับความต้องการใช้งานในปริมาณมากหรือการแช่แข็งระดับสูง

ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดที่จำกัด

โมดูลทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแบบขั้นตอนเดียว (TEC) มีความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 60–70°C หากอุณหภูมิแวดล้อมสูง (เช่น 50°C ในรถยนต์ช่วงฤดูร้อน) อุณหภูมิต่ำสุดที่ปลายด้านเย็นจะลดลงได้เพียงประมาณ -10°C ทำให้ยากที่จะบรรลุจุดเยือกแข็ง (-18°C หรือต่ำกว่า)

การพึ่งพาการระบายความร้อนที่ดี

ส่วนที่ร้อนต้องมีการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ มิเช่นนั้นประสิทธิภาพการระบายความร้อนโดยรวมจะลดลงอย่างมาก ในห้องโดยสารของรถยนต์ที่ร้อนและปิดมิดชิด การระบายความร้อนทำได้ยาก ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

ต้นทุนสูง

โมดูล TEC ประสิทธิภาพสูง อุปกรณ์ Peltier ประสิทธิภาพสูง และระบบระบายความร้อนที่เกี่ยวข้อง มีราคาแพงกว่าคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็ก (โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่มีกำลังสูง)

4. ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป

ตู้เย็นขนาดเล็กสำหรับรถยนต์ (6–15 ลิตร): ใช้สำหรับแช่เย็นเครื่องดื่ม ผลไม้ ยา ฯลฯ โดยรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 5–15 องศาเซลเซียส

กล่องเก็บความเย็นและความร้อนในรถยนต์: มีทั้งฟังก์ชั่นทำความเย็น (10°C) และทำความร้อน (50–60°C) เหมาะสำหรับการขับขี่ระยะไกล

การติดตั้งอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับรถยนต์ระดับไฮเอนด์: รถยนต์บางรุ่นของเมอร์เซเดส-เบนซ์, บีเอ็มดับเบิลยู ฯลฯ ติดตั้งตู้เย็น TEC เป็นอุปกรณ์อำนวยความสะดวก

ตู้เย็นพกพาสำหรับตั้งแคมป์/กลางแจ้ง: ใช้กับไฟจากรถยนต์หรือแหล่งจ่ายไฟแบบพกพา

5. แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี

การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกชนิดใหม่

การปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุที่มี Bi₂Te₃ เป็นองค์ประกอบหลัก วัสดุนาโนโครงสร้าง สกัตเตอร์ไดต์ ฯลฯ เพื่อเพิ่มค่า ZT (ประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริก) และเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น

ระบบทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกหลายขั้นตอน

การต่ออนุกรม TEC หลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น หรือใช้ร่วมกับวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเป็นฉนวนและลดการใช้พลังงาน

ระบบควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะและอัลกอริธึมประหยัดพลังงาน

การควบคุมพลังงานแบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อเพิ่มระยะการใช้งาน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า)

การผสานรวมอย่างลึกซึ้งกับยานยนต์พลังงานใหม่

ใช้ประโยชน์จากข้อดีของระบบจ่ายไฟแรงสูงในการพัฒนาตู้แช่เย็นและตู้อุ่นสำหรับยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านความสะดวกสบายของผู้ใช้งาน

6. สรุป

โมดูลทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริก (TEC modules) และโมดูลเพลเทียร์ (Peltier modules) เหมาะสำหรับงานทำความเย็นขนาดเล็ก ที่ต้องการความเย็นปานกลาง เงียบ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ตู้เย็นในรถยนต์ แม้จะมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความแตกต่างของอุณหภูมิ แต่ก็มีข้อดีที่หาอะไรมาทดแทนไม่ได้ในตลาดเฉพาะกลุ่ม (เช่น รถยนต์นั่งส่วนบุคคลระดับไฮเอนด์ อุปกรณ์ตั้งแคมป์ และอุปกรณ์ช่วยขนส่งสินค้าแช่เย็นทางการแพทย์) ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีการจัดการความร้อน โอกาสในการใช้งานจึงจะขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ข้อมูลจำเพาะ TEC1-13936T250

อุณหภูมิด้านร้อนอยู่ที่ 30 องศาเซลเซียส

Imax:36A

แรงดันไฟฟ้าสูงสุด: 36.5 โวลต์

Qmax：650 วัตต์

อุณหภูมิสูงสุดที่เปลี่ยนแปลง: > 66 องศาเซลเซียส

ACR: 1.0±0.1 มม.

ขนาด: 80x120x4.7±0.1 มม.

ข้อมูลจำเพาะ TEC1-13936T125

อุณหภูมิด้านร้อนอยู่ที่ 30 องศาเซลเซียส

IMAX: 36A

แรงดันไฟสูงสุด: 16.5 โวลต์

Qmax：350W

อุณหภูมิสูงสุด: 68 องศาเซลเซียส

ACR: 0.35 ±0.1 โอห์ม

ขนาด: 62x62x4.1±0.1 มม.

ข้อมูลจำเพาะ TEC1-24118T125

อุณหภูมิด้านร้อนอยู่ที่ 30 องศาเซลเซียส

IMAX: 17-18A

แรงดันไฟสูงสุด: 28.4 โวลต์

Qmax：305 +W

อุณหภูมิสูงสุดที่เปลี่ยนแปลง: 67 องศาเซลเซียส

ACR: 1.30 โอห์ม

ขนาด: 55x55x3.5 +/- 0.15 มม.