Resfriadores termoelétricos de dois estágios

Os resfriadores termoelétricos de dois estágios da X-Meritan usam uma estrutura em série de dois estágios na qual o primeiro estágio termoelétrico fornece um estágio de resfriamento intermediário para o segundo. Sob condições operacionais adequadas, esta configuração em cascata pode atingir um diferencial de temperatura maior do que um TEC de estágio único.

Os módulos utilizam elementos termoelétricos de estado sólido e alimentação CC, sem compressores ou outras peças mecânicas móveis. Eles são adequados para controle de temperatura localizado onde são necessárias construção compacta, baixa vibração e operação controlada em baixa temperatura.

Estrutura de dois estágios

Um TEC de dois estágios consiste em dois estágios termoelétricos conectados através de uma interface térmica intermediária:

Lado Frio → Primeiro Estágio → Interface Intermediária → Segundo Estágio → Lado Quente

O primeiro estágio remove o calor da área controlada, enquanto o segundo estágio transfere o calor para o lado quente. O segundo estágio, portanto, lida com o calor transferido do primeiro estágio, bem como com a entrada elétrica para o módulo.

O diferencial de temperatura alcançável depende da carga térmica, da temperatura do lado quente, da corrente operacional e das condições de rejeição de calor.

Estrutura do Módulo

Substrato Cerâmico

Substratos cerâmicos de óxido de alumínio (Al₂O₃) fornecem isolamento elétrico e suporte estrutural para o módulo termoelétrico enquanto formam as superfícies térmicas entre os elementos termoelétricos e o sistema térmico externo.

Elementos termoelétricos PN

Elementos semicondutores tipo P e tipo N formam o núcleo termoelétrico e fornecem a conversão elétrica e térmica necessária para o resfriamento. X-Meritan usa materiais termoelétricos à base de Bi₂Te₃ para aplicações de controle de temperatura ambiente e de baixa temperatura.

Interface Térmica Intermediária

Os dois estágios termoelétricos são conectados mecanicamente e termicamente através de uma interface intermediária. Suas características térmicas e mecânicas precisam ser consideradas no projeto do módulo completo.

Conexão de alimentação CC

O módulo opera a partir de uma fonte de alimentação de corrente contínua. A configuração elétrica, os cabos de alimentação e as condições operacionais são determinados de acordo com a estrutura do módulo e os requisitos da aplicação.

Material Termoelétrico

A X-Meritan possui recursos que abrangem desenvolvimento, produção, fabricação de componentes, montagem e testes de materiais termoelétricos. Seus componentes TEC utilizam materiais extrudados à base de Bi₂Te₃-Sb₂Te₃.

O processo de extrusão aplica deformação plástica de alta pressão para formar uma estrutura densa e texturizada. Isto suporta processos subsequentes de corte e desbaste e permite a produção de pequenos elementos termoelétricos.

A classe final do material e as dimensões do elemento são selecionadas de acordo com a estrutura do módulo e os requisitos de fabricação.

TECs de dois estágios vs. TECs de estágio único

Uma configuração de dois estágios é geralmente considerada quando o diferencial de temperatura necessário excede a faixa prática de um projeto de estágio único.

Aplicativos

Detecção infravermelha

 Os resfriadores termoelétricos de dois estágios podem fornecer controle de temperatura localizado para detectores infravermelhos e componentes de detecção relacionados onde um diferencial de temperatura maior é necessário.

Resfriamento do sensor CCD

Para sistemas de imagem baseados em CCD, o resfriamento termoelétrico pode manter o sensor em uma temperatura operacional controlada onde a necessidade térmica excede a faixa prática de um módulo de estágio único.

Comunicações Aeroespaciais e por Satélite

A construção em estado sólido de módulos termoelétricos pode ser considerada para equipamentos aeroespaciais e de comunicação via satélite, onde a arquitetura do equipamento, o espaço disponível e os requisitos de vibração limitam o uso de sistemas de resfriamento mecânico convencionais.

Equipamentos Médicos e Laboratoriais

A tecnologia termoelétrica de dois estágios pode ser aplicada a equipamentos de análise bioquímica e estágios frios de laboratório que exigem condições controladas de baixa temperatura.

Teste de componentes eletrônicos

Os módulos TEC podem fornecer um ambiente térmico controlado para testes característicos de baixa temperatura de componentes eletrônicos e outros dispositivos sensíveis à temperatura.

Desenvolvimento Personalizado

O X-Meritan oferece suporte a módulos termoelétricos personalizados com base em desenhos, amostras, dimensões e requisitos de aplicação do cliente.

Um processo de desenvolvimento típico é:

Revisão de requisitos → Projeto de estrutura → Produção de amostra → Avaliação de desempenho → Confirmação → Produção

Para novos projetos, as principais informações de engenharia incluem a faixa de temperatura alvo, carga térmica, espaço de instalação disponível, condições de energia e método de rejeição de calor no lado quente.

Produção e Qualidade

A equipe da X-Meritan tem mais de 10 anos de experiência em gerenciamento térmico de semicondutores, com capacidades que abrangem desenvolvimento de materiais termoelétricos, fabricação de componentes, montagem e testes.

Os equipamentos de produção incluem equipamentos de soldagem, refluxo, distribuição, corte, vedação, cura e impressão, apoiados por instalações dedicadas de montagem e teste.

O sistema de gestão da qualidade segue a ISO 9001:2015. A documentação de conformidade com RoHS e REACH está disponível para produtos e configurações aplicáveis, com documentação específica confirmada de acordo com o módulo fornecido.

Informações de seleção

Para avaliação de engenharia e seleção de TEC, as seguintes informações são úteis:

Um desenho do produto, módulo existente ou dados de teste também podem ser fornecidos quando o novo módulo precisar substituir ou corresponder a um projeto existente.

Perguntas frequentes

Por que usar um TEC de dois estágios em vez de um projeto de estágio único?

Resfriadores termoelétricos de dois estágios são considerados quando um módulo de estágio único não pode fornecer a condição necessária do lado frio sob a carga térmica e a temperatura do lado quente especificadas.

Um TEC de dois estágios pode operar abaixo de 0°C?

Sim. A operação em subambiente abaixo de 0°C é possível quando o design do módulo, a carga térmica, as condições do lado quente e o sistema de controle são adequados para a faixa de temperatura necessária.

Que informações são necessárias para selecionar um TEC de dois estágios?

A temperatura desejada do lado frio, a temperatura do lado quente, a carga de calor, as dimensões disponíveis, a fonte de alimentação e o método de rejeição de calor estão entre os principais parâmetros usados ​​para seleção.

O X-Meritan pode personalizar módulos TEC de dois estágios?

Sim. A X-Meritan pode desenvolver módulos de acordo com desenhos do cliente, amostras, requisitos dimensionais, condições elétricas e requisitos de aplicação.