تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، تھرمو الیکٹرک کولنگ سسٹم کی ترقی اور اطلاق

تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹ، پیلٹیئر کولر (جسے تھرمو الیکٹرک کولنگ پرزے بھی کہا جاتا ہے) پیلٹیئر اثر پر مبنی ٹھوس ریاست کے ٹھنڈے آلات ہیں۔ ان میں میکانکی حرکت نہ ہونے، ریفریجرینٹ، چھوٹے سائز، تیز ردعمل، اور درست درجہ حرارت کنٹرول کے فوائد ہیں۔ حالیہ برسوں میں، کنزیومر الیکٹرانکس، طبی نگہداشت، آٹوموبائل اور دیگر شعبوں میں ان کی ایپلی کیشنز میں توسیع ہوتی رہی ہے۔

I. تھرمو الیکٹرک کولنگ سسٹم اور اجزاء کے بنیادی اصول

تھرمو الیکٹرک کولنگ کا بنیادی حصہ پیلٹیئر اثر ہے: جب دو مختلف سیمی کنڈکٹر مواد (P-type اور N-type) ایک تھرموکوپل جوڑا بناتے ہیں اور ایک براہ راست کرنٹ لگایا جاتا ہے، تو تھرموکوپل جوڑی کا ایک سرا گرمی (ٹھنڈا کرنے والا اختتام) جذب کرے گا، اور دوسرا سرا گرمی کو جاری کرے گا (گرمی کی کھپت کا اختتام)۔ کرنٹ کی سمت کو تبدیل کرکے، کولنگ اینڈ اور گرمی کی کھپت کے اختتام کو تبدیل کیا جاسکتا ہے۔

اس کی ٹھنڈک کی کارکردگی بنیادی طور پر تین بنیادی پیرامیٹرز پر منحصر ہے:

میرٹ کا تھرمو الیکٹرک گتانک (ZT ویلیو): یہ تھرمو الیکٹرک مواد کی کارکردگی کا جائزہ لینے کے لیے ایک کلیدی اشارہ ہے۔ ZT قدر جتنی زیادہ ہوگی، کولنگ کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔

گرم اور سرد سروں کے درمیان درجہ حرارت کا فرق: گرمی کی کھپت کے اختتام پر گرمی کی کھپت کا اثر ٹھنڈک کے اختتام پر ٹھنڈک کی صلاحیت کا براہ راست تعین کرتا ہے۔ اگر گرمی کی کھپت ہموار نہیں ہے تو، گرم اور سرد سروں کے درمیان درجہ حرارت کا فرق کم ہو جائے گا، اور ٹھنڈک کی کارکردگی تیزی سے گر جائے گی۔

ورکنگ کرنٹ: درجہ بندی کی حد کے اندر، کرنٹ میں اضافہ کولنگ کی صلاحیت کو بڑھاتا ہے۔ تاہم، حد سے تجاوز کرنے کے بعد، جول گرمی میں اضافے کی وجہ سے کارکردگی کم ہو جائے گی۔

II تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس (پیلٹیئر کولنگ سسٹم) کی ترقی کی تاریخ اور تکنیکی کامیابیاں

حالیہ برسوں میں، تھرمو الیکٹرک کولنگ اجزاء کی ترقی نے دو اہم سمتوں پر توجہ مرکوز کی ہے: مادی اختراع اور ساختی اصلاح۔

اعلی کارکردگی والے تھرمو الیکٹرک مواد کی تحقیق اور ترقی

روایتی Bi₂Te₃ پر مبنی مواد کی ZT قدر کو ڈوپنگ (جیسے Sb، Se) اور نانوسکل علاج کے ذریعے 1.2-1.5 تک بڑھا دیا گیا ہے۔

نئے مواد جیسے کہ لیڈ ٹیلورائیڈ (PbTe) اور سلکان-جرمینیم الائے (SiGe) درمیانے اور زیادہ درجہ حرارت کے منظرناموں (200 سے 500 ℃) میں غیر معمولی طور پر اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔

نئے مواد جیسے نامیاتی-غیر نامیاتی مرکب تھرمو الیکٹرک مواد اور ٹاپولوجیکل انسولیٹروں سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ اخراجات کو مزید کم کریں گے اور کارکردگی کو بہتر بنائیں گے۔

اجزاء کی ساخت کی اصلاح

مائنیچرائزیشن ڈیزائن: MEMS (مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹم) ٹیکنالوجی کے ذریعے مائیکرون پیمانے پر تھرموپائل تیار کریں تاکہ کنزیومر الیکٹرونکس کی مائنیچرائزیشن کی ضروریات کو پورا کیا جا سکے۔

ماڈیولر انٹیگریشن: ہائی پاور تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیولز، پیلٹیئر کولرز، پیلٹیئر ڈیوائسز، صنعتی درجے کی تھرمو الیکٹرک کولنگ کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے متعدد تھرمو الیکٹرک یونٹس کو سیریز یا متوازی میں جوڑیں۔

مربوط حرارت کی کھپت کا ڈھانچہ: گرمی کی کھپت کی کارکردگی کو بڑھانے اور مجموعی حجم کو کم کرنے کے لیے ٹھنڈک کے پنکھوں کو گرمی کی کھپت کے پنکھوں اور ہیٹ پائپوں کے ساتھ مربوط کریں۔

III تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، تھرمو الیکٹرک کولنگ اجزاء کے استعمال کے مخصوص منظرنامے

تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس کا سب سے بڑا فائدہ ان کی ٹھوس حالت، شور سے پاک آپریشن، اور درست درجہ حرارت کنٹرول میں ہے۔ لہذا، وہ ایسے منظرناموں میں ایک ناقابل تبدیلی پوزیشن رکھتے ہیں جہاں کمپریسر کولنگ کے لیے موزوں نہیں ہوتے ہیں۔

کنزیومر الیکٹرانکس کے شعبے میں

موبائل فون ہیٹ ڈسپیشن: ہائی اینڈ گیمنگ فونز مائیکرو تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیولز، ٹی ای سی ماڈیولز، پیلٹیئر ڈیوائسز، پیلٹیئر ماڈیولز سے لیس ہوتے ہیں، جو مائع کولنگ سسٹم کے ساتھ مل کر چپ کے درجہ حرارت کو تیزی سے کم کر سکتے ہیں، گیمنگ کے دوران زیادہ گرمی کی وجہ سے فریکوئنسی میں کمی کو روکتے ہیں۔

کار ریفریجریٹرز، کار کولر: چھوٹے کار ریفریجریٹرز زیادہ تر تھرمو الیکٹرک کولنگ ٹیکنالوجی کو اپناتے ہیں، جو کولنگ اور ہیٹنگ کے افعال کو یکجا کرتی ہے (موجودہ سمت کو تبدیل کرکے حرارت حاصل کی جاسکتی ہے)۔ وہ سائز میں چھوٹے ہیں، توانائی کی کھپت میں کم ہیں، اور کار کی 12V پاور سپلائی کے ساتھ ہم آہنگ ہیں۔

بیوریج کولنگ کپ/انسولیٹڈ کپ: پورٹیبل کولنگ کپ ایک بلٹ ان مائیکرو کولنگ پلیٹ سے لیس ہے، جو ریفریجریٹر پر بھروسہ کیے بغیر مشروبات کو 5 سے 15 ڈگری سیلسیس تک جلدی سے ٹھنڈا کر سکتا ہے۔

2. طبی اور حیاتیاتی شعبے

درست درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کا سامان: جیسے PCR آلات (پولیمریز چین ری ایکشن کے آلات) اور خون کے ریفریجریٹرز، ایک مستحکم کم درجہ حرارت والے ماحول کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر ریفریجریشن کے اجزاء ±0.1℃ کے اندر درست درجہ حرارت کنٹرول حاصل کر سکتے ہیں، اور ریفریجرینٹ آلودگی کا کوئی خطرہ نہیں ہے۔

پورٹ ایبل میڈیکل ڈیوائسز: جیسے انسولین ریفریجریشن باکسز، جو سائز میں چھوٹے ہوتے ہیں اور ان کی بیٹری لمبی ہوتی ہے، ذیابیطس کے مریضوں کے لیے باہر جاتے وقت لے جانے کے لیے موزوں ہوتے ہیں، جو انسولین کے ذخیرہ کرنے کے درجہ حرارت کو یقینی بناتے ہیں۔

لیزر آلات کا درجہ حرارت کنٹرول: طبی لیزر ٹریٹمنٹ ڈیوائسز (جیسے لیزرز) کے بنیادی اجزاء درجہ حرارت کے لیے حساس ہوتے ہیں، اور سیمی کنڈکٹر کولنگ کے اجزاء سامان کے مستحکم آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے حقیقی وقت میں گرمی کو ختم کر سکتے ہیں۔

3. صنعتی اور ایرو اسپیس فیلڈز

صنعتی چھوٹے پیمانے پر ریفریجریشن کا سامان: جیسے الیکٹرانک اجزاء عمر رسیدہ ٹیسٹ چیمبرز اور درست آلہ کے مستقل درجہ حرارت کے حمام، جس کے لیے مقامی کم درجہ حرارت والے ماحول کی ضرورت ہوتی ہے، تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، تھرمو الیکٹرک اجزاء کو ضرورت کے مطابق ریفریجریشن پاور کے ساتھ اپنی مرضی کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔

ایرو اسپیس کا سامان: خلائی جہاز میں الیکٹرانک آلات کو خلا کے ماحول میں گرمی کو ختم کرنے میں دشواری ہوتی ہے۔ تھرمو الیکٹرک کولنگ سسٹم، تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، تھرمو الیکٹرک پرزے، بطور سالڈ سٹیٹ ڈیوائسز، انتہائی قابل اعتماد اور کمپن سے پاک ہیں، اور سیٹلائٹ اور خلائی اسٹیشنوں میں الیکٹرانک آلات کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

4. دیگر ابھرتے ہوئے منظرنامے۔

پہننے کے قابل آلات: سمارٹ کولنگ ہیلمٹ اور کولنگ سوٹ، بلٹ میں لچکدار تھرمو الیکٹرک کولنگ پلیٹوں کے ساتھ، اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں انسانی جسم کے لیے مقامی ٹھنڈک فراہم کر سکتے ہیں اور بیرونی کارکنوں کے لیے موزوں ہیں۔

کولڈ چین لاجسٹکس: چھوٹے کولڈ چین پیکیجنگ بکس، جو تھرمو الیکٹرک کولنگ، پیلٹیئر کولنگ اور بیٹریوں سے چلتے ہیں، بڑے ریفریجریٹڈ ٹرکوں پر بھروسہ کیے بغیر ویکسین اور تازہ پیداوار کی مختصر فاصلے پر نقل و حمل کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

چہارم تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، پیلٹیئر کولنگ اجزاء کی حدود اور ترقی کے رجحانات

موجودہ حدود

کولنگ کی کارکردگی نسبتاً کم ہے: اس کی توانائی کی کارکردگی کا تناسب (COP) عام طور پر 0.3 اور 0.8 کے درمیان ہوتا ہے، جو کمپریسر کولنگ کے مقابلے میں بہت کم ہوتا ہے (COP 2 سے 5 تک پہنچ سکتا ہے)، اور یہ بڑے پیمانے پر اور اعلیٰ صلاحیت والے ٹھنڈک کے منظرناموں کے لیے موزوں نہیں ہے۔

اعلی گرمی کی کھپت کی ضروریات: اگر گرمی کی کھپت کے اختتام پر گرمی کو بروقت خارج نہیں کیا جاسکتا ہے، تو یہ ٹھنڈک اثر کو سنجیدگی سے متاثر کرے گا. لہذا، یہ ایک موثر گرمی کی کھپت کے نظام سے لیس ہونا ضروری ہے، جو کچھ کمپیکٹ منظرناموں میں درخواست کو محدود کرتا ہے۔

زیادہ قیمت: اعلیٰ کارکردگی والے تھرمو الیکٹرک مواد (جیسے نینو ڈوپڈ Bi₂Te₃) کی تیاری کی لاگت روایتی ریفریجریشن مواد سے زیادہ ہے، جس کے نتیجے میں اعلیٰ درجے کے اجزاء کی نسبتاً زیادہ قیمت ہوتی ہے۔

2. مستقبل کی ترقی کے رجحانات

مواد کی پیش رفت: کمرے کے درجہ حرارت کی ZT قدر کو 2.0 سے زیادہ تک بڑھانے اور کمپریسر ریفریجریشن کے ساتھ کارکردگی کے فرق کو کم کرنے کے مقصد کے ساتھ، کم لاگت والے، زیادہ ZT قدر والے تھرمو الیکٹرک مواد تیار کریں۔

لچکدار اور انضمام: لچکدار تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیولز، ٹی ای سی ماڈیولز، تھرمو الیکٹرک ماڈیولز، پیلٹیئر ڈیوائسز، پیلٹیئر ماڈیولز، پیلٹیئر کولرز، کو خمیدہ سطح کے آلات (جیسے لچکدار اسکرین والے موبائل فونز اور سمارٹ پہننے کے قابل آلات) کے مطابق ڈھالنے کے لیے تیار کریں۔ "چِپ لیول ٹمپریچر کنٹرول" حاصل کرنے کے لیے چپس اور سینسرز کے ساتھ تھرمو الیکٹرک کولنگ اجزاء کے انضمام کو فروغ دیں۔

توانائی کی بچت کا ڈیزائن: انٹرنیٹ آف تھنگز (iot) ٹیکنالوجی کو مربوط کرکے، ٹھنڈک کے اجزاء کے ذہین اسٹارٹ اسٹاپ اور پاور ریگولیشن حاصل کیے جاتے ہیں، جس سے توانائی کی مجموعی کھپت کم ہوتی ہے۔

V. خلاصہ

تھرمو الیکٹرک کولنگ یونٹس، پیلٹیئر کولنگ یونٹس، تھرمو الیکٹرک کولنگ سسٹم، ٹھوس حالت، خاموش اور درست طریقے سے درجہ حرارت پر کنٹرول ہونے کے منفرد فوائد کے ساتھ، کنزیومر الیکٹرانکس، طبی نگہداشت اور ایرو اسپیس جیسے شعبوں میں ایک اہم مقام رکھتے ہیں۔ تھرمو الیکٹرک میٹریل ٹیکنالوجی اور ساختی ڈیزائن کی مسلسل اپ گریڈنگ کے ساتھ، اس کی ٹھنڈک کی کارکردگی اور لاگت کے مسائل میں بتدریج بہتری آئے گی، اور توقع ہے کہ یہ مستقبل میں مزید مخصوص حالات میں روایتی کولنگ ٹیکنالوجی کی جگہ لے لے گی۔