تطبيق رقائق التبريد الكهروحرارية في أجهزة إزالة الرطوبة. تصميم وتطبيق إزالة الرطوبة لرقاقة تبريد أشباه الموصلات الكهروحرارية القائمة على أنابيب حرارية من الأسيتون ومشتت حراري ذي زعانف مشطوفة . في أماكن مثل المكتبات والمتاحف، يفرض الحفاظ على الآثار والمعدات الثقافية عالية الدقة متطلبات صارمة للتحكم في رطوبة البيئة. تعاني أجهزة إزالة الرطوبة التقليدية القائمة على الضواغط من عيوب تشمل استهلاكًا عاليًا للطاقة، وحجمًا كبيرًا، وضوضاء ملحوظة. لمعالجة هذه المشكلات، تصمم هذه الورقة رقاقة تبريد عالية الكفاءة تتمحور حول أشباه موصلات كهروحرارية، مدمجة مع أنابيب حرارية منخفضة الحرارة من الأسيتون ومشتتات حرارية ذات زعانف مشطوفة. من خلال الاستفادة من نقل الحرارة بتغيير الطور، تحقق هذه الرقاقة إزالة رطوبة عميقة منخفضة استهلاك الطاقة وخالية من الضوضاء، مما يلبي الاحتياجات الخاصة للأماكن الثقافية والمتاحف.
1. مخطط التصميم الأساسي والمعايير الهيكلية
يعتمد تصميم شريحة التبريد هذه على المنطق الأساسي المتمثل في "تبديد الحرارة بكفاءة عالية - تبريد عميق - إزالة الرطوبة بسرعة". وفيما يلي معايير وطرق توصيل كل مكون:
1. اختيار وتركيب الزعانف المشذبة تقليل الحرارة
تم اختيار مشتت حراري ذي زعانف مشطوفة بعرض 80 مم وطول 120 مم وارتفاع 40 مم، وتركيبه على طرف التسخين لأشباه الموصلات في وحدة التبريد الكهروحرارية. يتميز تصميم الزعانف المشطوفة بمساحة سطحية كبيرة جدًا لتبديد الحرارة، مما يتيح تبديدًا سريعًا للحرارة المتولدة أثناء تشغيل وحدة التبريد الكهروحرارية. وتم تركيب مروحة بحجم 80 مم فوق المشتت الحراري، مما يعزز كفاءة نقل الحرارة إلى الهواء عبر الحمل الحراري القسري، وبالتالي يوفر دعمًا مستقرًا لتبديد الحرارة من أجل التبريد المستمر لوحدة التبريد الكهروحرارية.
2. تطبيق مبتكر للأسيتون في درجات حرارة منخفضة أنبوب الحرارة
تُعدّ الأنابيب الحرارية مكونات عالية الكفاءة لنقل الحرارة، تعتمد على نقل الحرارة عبر تغيير الطور. وتجاوزًا لقيود وسائط التشغيل التقليدية للأنابيب الحرارية، يستخدم هذا التصميم الأسيتون كسائل تشغيل داخلي. يتميز الأسيتون بميزة فريدة تتمثل في خصائص تغيير الطور عند درجات الحرارة المنخفضة، حيث يمكنه التبخر والغليان حتى عند درجة حرارة صفر مئوية، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع درجة حرارة تشغيل وحدة التبريد الكهروحرارية. ويتم الربط بين الأنبوب الحراري ووحدة التبريد الكهروحرارية باستخدام لحام معجون اللحام، مما يضمن كفاءة عالية في توصيل الحرارة بينهما، بالإضافة إلى توفير أداء ممتاز في منع التسرب واستقرار هيكلي.
3. إنشاء وصلة العمل الشاملة
عند التشغيل، يُحدث شبه موصل التبريد الكهروحراري فرقًا سريعًا في درجة الحرارة بين طرفه المُسخّن وطرفه المُبرّد. تُبدد الحرارة من الطرف المُسخّن بسرعة عبر المشتت الحراري ذي الزعانف المُقشّرة والمروحة. تنتقل درجة الحرارة المنخفضة من الطرف المُبرّد إلى الأنبوب الحراري عبر لحام معجون اللحام، مما يُحفز تفاعل تغيير الطور للأسيتون داخل الأنبوب. يمتص الأسيتون السائل الحرارة من الطرف المُبرّد ويتبخر إلى غاز، ثم يُطلق الأسيتون الغازي طاقة باردة ويعود إلى حالته السائلة مرة أخرى أثناء تدفقه على طول الجدار الداخلي للأنبوب الحراري. تتكرر هذه الدورة، مُحوّلةً التبريد النقطي لشبه الموصل الكهروحراري إلى تبريد سطحي للأنبوب الحراري، مما يُوسع مساحة التبريد بشكل ملحوظ.
2. مبدأ العمل وآلية إزالة الرطوبة
تتحقق عملية التبريد وإزالة الرطوبة في هذه الشريحة المبردة من خلال التآزر بين التأثير الكهروحراري لوحدة التبريد الكهروحرارية ونقل الحرارة عبر تغيير الطور في الأنابيب الحرارية. وفيما يلي الآليات المحددة:
1. التآزر بين التبريد الكهروحراري ونقل الحرارة بتغيير الطور
استنادًا إلى تأثير بلتييه، عند تشغيل أشباه موصلات وحدة التبريد الكهروحرارية، تنتقل الطاقة بين طرفيها، مما يؤدي إلى امتصاص أحد الطرفين للحرارة باستمرار للتبريد، بينما يسخن الطرف الآخر ويطلق الحرارة باستمرار. تُفرَّغ الحرارة المتولدة من الطرف الساخن بسرعة بواسطة المشتت الحراري ذي الزعانف المشطوفة والمروحة، مما يمنع تعطل وحدة التبريد الكهروحرارية نتيجة ارتفاع درجة الحرارة. تنتقل درجة الحرارة المنخفضة من طرف التبريد إلى الأنبوب الحراري عبر لحام معجون اللحام، مما يحفز تفاعل تغير الطور للأسيتون داخل الأنبوب؛ حيث يمتص الأسيتون السائل الحرارة من طرف التبريد ويتبخر إلى غاز، ثم يطلق الأسيتون الغازي طاقة باردة ويعود إلى حالته السائلة أثناء تدفقه على طول الجدار الداخلي للأنبوب الحراري. تتكرر هذه الدورة، محولةً التبريد النقطي لوحدة التبريد الكهروحرارية إلى تبريد سطحي للأنبوب الحراري، مما يوسع مساحة التبريد بشكل كبير.
2. إزالة الرطوبة العميقة بناءً على مبدأ تكوين الجليد
عندما تنخفض درجة حرارة سطح الأنبوب الحراري إلى الصفر المئوي أو أقل، يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء المحيط ليتحول إلى صقيع أو جليد على سطح الأنبوب. تعمل هذه العملية بكفاءة عالية على امتصاص جزيئات الماء الحرة في الهواء، مما يحقق إزالة رطوبة عميقة. بالمقارنة مع أجهزة إزالة الرطوبة التقليدية التي تعمل بالضواغط، لا يتطلب هذا التصميم نظامًا معقدًا لتدوير غاز التبريد، ويحقق إزالة الرطوبة من خلال تغيير الحالة الفيزيائية، ويتميز باستهلاك منخفض للطاقة، وضوضاء منخفضة، وتشغيل مستقر، مما يجعله مناسبًا تمامًا للمكتبات والمتاحف وغيرها من الأماكن التي تتطلب بيئة هادئة واستهلاكًا منخفضًا للطاقة.
3. مزايا التطبيق وقيمة السيناريو
1. استهلاك منخفض للطاقة وتشغيل هادئ
تتخلى هذه الشريحة المبردة عن نمط التشغيل عالي الطاقة للضواغط التقليدية، وتعتمد على أشباه موصلات TEC، مع وظائف مساعدة للمراوح والأنابيب الحرارية، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الإجمالي. في الوقت نفسه، لا يوجد اهتزاز ميكانيكي أو ضوضاء ناتجة عن الضواغط، مما يضمن بيئة هادئة في الأماكن الثقافية والمتاحف.
2. إزالة الرطوبة العميقة تلبي متطلبات الحفظ الدقيق
استناداً إلى مبدأ إزالة الرطوبة الناتج عن تكوين الجليد، يمكن التحكم في الرطوبة المحيطة عند مستوى منخفض، مما يلبي المتطلبات الصارمة للحفاظ على الكتب القديمة والخطوط واللوحات والأدوات الدقيقة وما إلى ذلك في بيئة منخفضة الرطوبة، ويمنع بشكل فعال تعفن الآثار الثقافية وتلف المعدات بسبب الرطوبة.
3. هيكل صغير الحجم وسهولة في التكامل
يتميز كل مكون بأبعاد منتظمة، كما أن الهيكل العام مضغوط، مما يسمح بدمجه بمرونة في معدات إزالة الرطوبة الصغيرة، مما يسهل تركيبه واستخدامه في المساحات الضيقة مثل رفوف الكتب في المكتبات وخزائن العرض في المتاحف.
4. الخاتمة والتوقعات
يُحسّن هذا التصميم كفاءة التبريد لأشباه موصلات التبريد الكهروحراري (TEC) إلى أقصى حد من خلال الجمع المبتكر بين أنابيب حرارية منخفضة الحرارة تعمل بالأسيتون ومشتتات حرارية ذات زعانف مشطوفة، مما يُحقق إزالة رطوبة عميقة باستهلاك منخفض للطاقة وبدون ضوضاء. لا تقتصر فوائد شريحة التبريد هذه على تلبية احتياجات حفظ المعدات عالية الدقة والقطع الأثرية في المكتبات والمتاحف فحسب، بل يُمكن توسيع نطاق استخدامها ليشمل بيئات تتطلب تحكمًا دقيقًا في الرطوبة، مثل المختبرات ودور المحفوظات. في المستقبل، ومن خلال تحسين بنية الأنابيب الحرارية ورفع كفاءة الطاقة في نظام التبريد الكهروحراري، يُمكن خفض استهلاك الطاقة بشكل أكبر، وتوسيع نطاق التبريد، وتعزيز التطبيق واسع النطاق لتقنية إزالة الرطوبة بدون ضاغط. كما يُمكننا تعزيز كفاءة نظام التبريد الكهروحراري (TEC) عن طريق تبريد جانبه الساخن بلوحة تبريد سائلة ، مما يُؤدي إلى خفض درجة حرارة الجانب البارد بشكل أكبر. نحن على استعداد لتوفير تصميمات مُخصصة لوحدات التبريد الكهروحراري (TEC) للعملاء بناءً على أي متطلبات خاصة.
