Двухступенчатые термоэлектрические охладители

В двухступенчатых термоэлектрических охладителях X-Meritan используется двухступенчатая последовательная структура, в которой первая термоэлектрическая ступень обеспечивает промежуточную ступень охлаждения для второй. При подходящих условиях эксплуатации эта каскадная конфигурация может обеспечить большую разницу температур, чем одноступенчатый ТЭП.

В модулях используются твердотельные термоэлектрические элементы и источник постоянного тока, без компрессоров или других движущихся механических частей. Они подходят для локального контроля температуры там, где требуется компактная конструкция, низкий уровень вибрации и контролируемая работа при низких температурах.

Двухступенчатая структура

Двухкаскадный ТЭП состоит из двух термоэлектрических каскадов, соединенных через промежуточный термоинтерфейс:

Холодная сторона → Первая ступень → Промежуточный интерфейс → Вторая ступень → Горячая сторона

Первая ступень отводит тепло из контролируемой зоны, а вторая ступень передает тепло в сторону горячей стороны. Таким образом, вторая ступень обрабатывает тепло, передаваемое от первой ступени, а также электрический вход в модуль.

Достижимый перепад температур зависит от тепловой нагрузки, температуры горячей стороны, рабочего тока и условий отвода тепла.

Структура модуля

Керамическая подложка

Керамические подложки из оксида алюминия (Al₂O₃) обеспечивают электрическую изоляцию и структурную поддержку термоэлектрического модуля, образуя при этом тепловые поверхности между термоэлектрическими элементами и внешней тепловой системой.

P-N термоэлектрические элементы

Полупроводниковые элементы P-типа и N-типа образуют термоэлектрический сердечник и обеспечивают электрическое и тепловое преобразование, необходимое для охлаждения. X-Meritan использует термоэлектрические материалы на основе Bi₂Te₃ для контроля температуры окружающей среды и низких температур.

Промежуточный тепловой интерфейс

Две термоэлектрические ступени механически и термически соединены через промежуточный интерфейс. Его тепловые и механические характеристики необходимо учитывать при проектировании всего модуля.

Подключение питания постоянного тока

Модуль работает от источника постоянного тока. Электрическая конфигурация, кабели питания и условия эксплуатации определяются в соответствии со структурой модуля и требованиями применения.

Термоэлектрический материал

X-Meritan обладает возможностями, охватывающими разработку, производство, изготовление компонентов, сборку и тестирование термоэлектрических материалов. В компонентах ТЭК используются экструдированные материалы на основе Bi₂Te₃-Sb₂Te₃.

В процессе экструзии применяется пластическая деформация под высоким давлением для формирования плотной текстурированной структуры. Это поддерживает последующие процессы резки и утончения и позволяет производить небольшие термоэлектрические элементы.

Окончательная марка материала и размеры элемента выбираются в соответствии с конструкцией модуля и требованиями производства.

Двухступенчатые и одноступенчатые ТЭП

Двухступенчатая конфигурация обычно рассматривается, когда требуемый перепад температур превышает практический диапазон одноступенчатой ​​конструкции.

Приложения

Инфракрасное обнаружение

 Двухступенчатые термоэлектрические охладители могут обеспечивать локальный контроль температуры для инфракрасных детекторов и связанных с ними чувствительных компонентов, где требуется больший перепад температур.

Охлаждение ПЗС-сенсора

В системах формирования изображения на основе ПЗС-матриц термоэлектрическое охлаждение может поддерживать контролируемую рабочую температуру датчика, когда тепловые требования превышают практический диапазон однокаскадного модуля.

Аэрокосмическая и спутниковая связь

Твердотельную конструкцию термоэлектрических модулей можно рассматривать для оборудования аэрокосмической и спутниковой связи, где архитектура оборудования, доступное пространство и требования к вибрации ограничивают использование традиционных механических систем охлаждения.

Медицинское и лабораторное оборудование

Двухэтапная термоэлектрическая технология может применяться в оборудовании для биохимического анализа и лабораторных холодных стадиях, требующих контролируемых низкотемпературных условий.

Тестирование электронных компонентов

Модули TEC могут обеспечить контролируемую тепловую среду для низкотемпературных характеристик электронных компонентов и других термочувствительных устройств.

Индивидуальная разработка

X-Meritan поддерживает индивидуальные термоэлектрические модули на основе чертежей, образцов, размеров и требований заказчика.

Типичный процесс разработки:

Обзор требований → Проектирование конструкции → Образцовое производство → Оценка производительности → Подтверждение → Производство

Для новых проектов ключевые инженерные данные включают целевой диапазон температур, тепловую нагрузку, доступное пространство для установки, условия электропитания и метод отвода тепла на горячей стороне.

Производство и качество

Команда X-Meritan имеет более чем 10-летний опыт управления температурным режимом полупроводников, включая разработку термоэлектрических материалов, производство, сборку и тестирование компонентов.

Производственное оборудование включает в себя оборудование для пайки, оплавления, дозирования, резки, запечатывания, отверждения и печати, а также специализированное оборудование для сборки и тестирования.

Система менеджмента качества соответствует стандарту ISO 9001:2015. Для применимых продуктов и конфигураций доступна документация о соответствии RoHS и REACH, при этом специальная документация подтверждается в соответствии с поставляемым модулем.

Информация о выборе

Для инженерной оценки и выбора ТЭП полезна следующая информация:

Чертеж продукта, существующий модуль или данные испытаний также могут быть предоставлены, когда новый модуль должен заменить существующую конструкцию или соответствовать ей.

Часто задаваемые вопросы

Зачем использовать двухступенчатую ТЭП вместо одноступенчатой?

Двухступенчатые термоэлектрические охладители рассматриваются, когда одноступенчатый модуль не может обеспечить требуемые условия на холодной стороне при указанной тепловой нагрузке и температуре горячей стороны.

Может ли двухступенчатый ТЭП работать при температуре ниже 0°C?

Да. Работа при температуре ниже 0°C возможна, если конструкция модуля, тепловая нагрузка, условия горячей стороны и система управления подходят для требуемого температурного диапазона.

Какая информация необходима для выбора двухступенчатого ТЭО?

Целевая температура холодной стороны, температура горячей стороны, тепловая нагрузка, доступные размеры, источник питания и метод отвода тепла являются одними из основных параметров, используемых для выбора.

Может ли X-Meritan настроить двухступенчатые модули TEC?

Да. X-Meritan может разрабатывать модули в соответствии с чертежами заказчика, образцами, размерными требованиями, электрическими условиями и требованиями применения.