آشنایی با سرمایش حالت جامد: آیا سرمایش حالت جامد نیازی به گاز سردخانه ندارد؟
عدم نیاز به گاز سردخانه، سرمایش جامد (سرمایش حالت جامد) را تبدیل به یکی از محبوب‌ترین روش‌های سرمایشی برای سردخانه‌ها کرده است. این روش از مواد ترموالکتریک، برای جابجایی گرما به خارج از ساختمان سردخانه استفاده می‌کند. به این شکل، حرارت از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می‌شود. تجهیزاتی که در سیستم سرمایش جامد مورد استفاده قرار می‌گیرند، زمانی‌که جریان الکتریسیته از سیستم عبور می‌کند، حرارت را از یک محیط، به محیط دیگر انتقال می‌دهند. این باعث می‌شود که یک سوی محیط گرم و سوی دیگر خنک شود. به همین دلیل، دیگر سیستم نیازی به مبرد ندارد و می‌توان آن را یکی از سالم‌ترین سیستم‌های تبریدی که تابه‌حال مورد بهره‌برداری قرار گرفته است، در نظر گرفت.
در این مقاله، یک راهنمای کامل در رابطه با سرمایش حالت جامد داریم. همراه بازرگانی گرام بمانید.
سرمایش حالت جامد (سرمایش جامد) چیست؟
سرمایش حالت جامد (Solid-state Cooling) یکی از انواع تکنولوژی‌های تبریدی‌ست که دهه‌هاست در سردخانه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم از ماژولِ ترموالکتریک (TEM) یا دستگاه‌های پلتایر (که به پِلْتیِه هم معروف است) استفاده می‌کند. دستگاه‌های پلتایر از گسیلِ انرژی حرارتی در حین عبور جریان از ترموکوپل بهره می‌گیرند تا از طریق آن، حرارت را از یک محیط به محیط دیگر انتقال دهند. این روش یکی از بهترین روش‌های انتقال حرارت است و می‌تواند به سادگی، حرارت را از یک سوی دستگاه، به سوی دیگر آن هدایت کند. این تکنولوژی تبریدی را معمولا با عنوان سرمایش ترموالکتریک (یا TEC) هم به رسمیت می‌شناسند.
سرمایش حالت جامد یا تبرید جامد، مزایای متعددی نسبت به روش‌های سنتیِ تبریدی دارد. در ادامه‌ی مقاله، بیش‌تر به مزایا و معایب این روش اشاره می‌کنیم.
سیستم سرمایش جامد چگونه کار می‌کند؟
همان‌طور که گفتیم، اثر پلتایر اساس و بنیاد انتقال گرما در سیستم سرمایش جامد است. این فرآیند باعث می‌شود که با ایجاد جریان الکتریکی، حرارت در یک سوی سیستم جذب و توسط سوی دیگر دفع شود. در یک سیستم سرمایش ترموالکتریک، از دو نوع ماده نیمه‌رسانا استفاده می‌شود: نیمه رسانای n و نیمه رسانای p. این نیمه رساناها از طریق صفحات فلزی به یک‌دیگر متصلند. به این صورت، هر زمان که جریان الکتریکی به این مدار وارد می‌شود، حرارت از یک سوی این نیمه‌رساناها جذب شود و از سمت دیگر آزاد و دفع می‌شود.
سیستم سرمایش جامد، ماژول‌های ترموالکتریک متعددی دارد که به صورت پشتِ هم یا موازی نصب می‌شوند تا اثر تبریدیِ مورد نیاز را در محیط پیاده سازند. این ماژول‌ها بین دو سینک حرارتی گیر افتاده‌اند. یکی از این سینک‌ها حرارت را جذب نموده و دیگری آن را آزاد می‌کند.
سرمایش ترموالکتریک چه کاربردهایی دارد؟
سرمایش حالت جامد یا ترموالکتریک کاربردهای مختلفی می‌تواند داشته باشد. به برخی از این کاربردها در بخش زیر اشاره می‌کنیم.
- صنایع الکترونیک: سیستم سرمایش جامد، به طور گسترده‌ای برای خنک کردن پردازنده‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر لوازمی که می‌توان به کمک سرمایش ترموالکتریک آن‌ها را خنک کرد، می‌توان به لامپ‌های LED یا هر گونه دستگاه الکترونیکی دیگر اشاره کرد. علاوه بر این، می‌توان این مدل تبریدی را در دیودهای لیزری، حس‌گرهای مادون‌قرمز و هر گونه تجهیزات مدرن دیگری که نیاز به کاهش حرارت و خنک‌سازی دارند، استفاده کرد.
- صنایع پزشکی: سیستم سرمایش جامد یکی از بهترین سیستم‌های تبریدی برای کاربری در صنعت پزشکی‌ست. به عنوان مثال، در حین عمل جراحی یا نقل‌وانتقالات بیمارستانی، برای حفظ دمای مناسبِ خون یا مایعات دیگر، از این روش استفاده می‌شود. علاوه بر این، می‌توان این سیستم را در دستگاه‌های MRI، سی‌تی‌اسکنرها و انکوباتورها هم پیدا کرد.
- سیستم‌های ماشینی و تجهیزات هوا فضا: سیستم سرمایش جامد یکی از مناسب‌ترین تکنولوژی‌های تبریدی برای خنک‌سازی موتورهاست. غالبا از این روش برای خنک‌سازی تجهیزات حیاتیِ موشک‌های فضاپیما، هواپیماها و خودروها استفاده می‌شود. این سیستم سرمایشی نه تنها باعث افزایش طول عمر تجهیزات این دستگاه‌ها می‌شود، بلکه بازدهی آن‌ها را نیز بالا می‌برد.
- تجهیزات صنعتی: دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی یکی از مهم‌ترین موارد مصرف سیستم سرمایش جامد هستند. از این سیستم ضمن خنک‌سازی در جوش‌کاری صنعتی، برش و ماشین‌کاری صنعتی هم بهره‌برداری می‌شود. این روش تبریدی نه تنها جلوی افزایش بیش‌ازحد گرما را می‌گیرد، بلکه موجب توسعه‌ی تولید نیز می‌گردد.
- صنایع و فراورده‌های غذایی: از این سیستم در نگهداری و انتقال فراورده‌های غذایی نیز استفاده می‌شود. یکی از مهم‌ترین موارد استفاده از این سیستم، مربوط به سوپرمارکت‌هاست.
مزایای سرمایش ترموالکتریک یا سرمایش حالت جامد
سرمایش حالت جامد (ترموالکتریک) مزایای متعددی نسبت به سیستم‌های سنتی دارد. به عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سایز فشرده و کوچک: سیستم‌هایی که از سرمایش حالت جامد استفاده می‌کنند، معمولا ساختار فشرده و سبکی دارند. همین باعث می‌شود که یک انتخاب ایده‌آل برای پروژه‌هایی باشند که فضای محدودی دارند.
- صدای کم: این سیستم آلودگی صوتی چندانی ندارد و عملکرد آن در سکوت صورت می‌پذیرد. با توجه به این‌که هیچ لرزشی هم ندارد، می‌تواند انتخاب مناسبی برای پروژه‌هایی باشد که صدا و لرزش از اولویت‌های پراهمیت آن‌هاست.
- قابل اتکا بودن: قطعات سیستم سرمایش ترموالکتریک هیچ قطعه‌ی متحرکی ندارد. بنابراین نیازی نیست نگران ماندگاری و نگهداری آن بود.
- کنترل دقیق دما: سیستم سرمایش حالت جامد می‌تواند دما را در بازه‌ی دقیقی نگه دارد. از این رو، می‌توان بدون نگرانی آن را در پروژه‌های پزشکی یا الکترونیک که دما در آن اهمیت زیادی دارد، مورد استفاده قرار داد.
- بازه بالای انرژی: سیستم‌هایی که با سرمایش جامد کار می‌کنند، معمولا بازده بالایی از نظر صرفه‌جویی در مصرف انرژی دارند.
معایب سرمایش ترموالکتریک
با وجود این‌که سیستم سرمایش حالت جامد یا ترموالکتریک مزایای متعددی دارد، تعدادی عیب نیز به آن وارد است. نگاهی به معایب این سیستم می‌اندازیم:
- ظرفیت محدود سرمایشی: این سیستم از نظر گنجایش برودتی، ظرفیت بسیار محدودی دارد. حال آن‌که سیستم‌های تبریدیِ سنتی، هم‌چون سیستم تهویه مطبوع و سیستم‌هایی که با کمپرسور سردخانه یا گاز سردخانه کار می‌کنند، این محدودیت را ندارند.
- هزینه‌ی پیاده‌سازی این سیستم بسیار بالاست: قطعات سیستم سرمایش حالت جامد بسیار گران‌تر از سیستم‌های تبریدیِ سنتی‌ست. بنابراین دسترسی به آن‌ها، نگهداری و حتی سرویس احتمالیِ آن‌ها می‌تواند بسیار گران‌تر از سیستم‌های معمولی تبریدی تمام شود.
- پراکنش حرارت: چون حرارت در یک نقطه از این سیستم جمع‌آوری می‌شود، ممکن است با انباشت حرارت مواجه شود و سیستم را دچار نقص‌فنی کند. پراکنش حرارت باید به درستی در این سیستم صورت پذیرد تا بدون نگرانی بتوان آن را به کار بست.
نتیجه‌گیری: سرمایش حالت جامد برای هر پروژه‌ای مناسب نیست!
با وجود آن‌که سرمایش حالت جامد در بسیاری از پروژه‌های تبریدی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نمی‌توان آن را جایگزینی حتمی برای سیستم‌های سنتی تبریدی در نظر گرفت. این سیستم ظرفیت سرمایش محدودی دارد و قطعات آن هم بسیار گران است. استفاده از این سیستم تنها تحت نظر کارشناسان تبریدی و صرفا با تشخیص یک متخصص حرفه‌ای صورت می‌پذیرد. از این رو، باید حتما تمامی موارد مذکور را با یک کارشناس مجرب در میان بگذارید، سپس برای انتخاب تکنولوژی تبریدیِ ایده‌آلتان تصمیم‌گیری کنید. جهت اطلاع بیش‌تر در این زمینه، کارشناسان حرفه‌ای بازرگانی گرام همراه شما هستند.
