থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, পেল্টিয়ার কুলার (যা থার্মোইলেকট্রিক কুলিং কম্পোনেন্ট নামেও পরিচিত) হল পেল্টিয়ার এফেক্টের উপর ভিত্তি করে তৈরি সলিড-স্টেট কুলিং ডিভাইস। এর সুবিধা হলো কোন যান্ত্রিক নড়াচড়া নেই, কোন রেফ্রিজারেন্ট নেই, ছোট আকার, দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা সেবা, অটোমোবাইল এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে এর প্রয়োগ ক্রমাগত প্রসারিত হচ্ছে।
I. থার্মোইলেকট্রিক কুলিং সিস্টেম এবং উপাদানগুলির মূল নীতিগুলি
থার্মোইলেকট্রিক কুলিং এর মূল হলো পেল্টিয়ার এফেক্ট: যখন দুটি ভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ (পি-টাইপ এবং এন-টাইপ) একটি থার্মোকাপল জোড়া তৈরি করে এবং একটি সরাসরি বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়, তখন থার্মোকাপল জোড়ার এক প্রান্ত তাপ শোষণ করবে (শীতলকরণ প্রান্ত), এবং অন্য প্রান্ত তাপ ছেড়ে দেবে (তাপ অপচয় প্রান্ত)। বিদ্যুৎ প্রবাহের দিক পরিবর্তন করে, শীতলকরণ প্রান্ত এবং তাপ অপচয় প্রান্ত বিনিময় করা যেতে পারে।
এর শীতলকরণ কর্মক্ষমতা মূলত তিনটি মূল পরামিতির উপর নির্ভর করে:
থার্মোইলেকট্রিক কোফিশেন্ট অফ মেরিট (ZT মান): এটি থার্মোইলেকট্রিক উপকরণের কর্মক্ষমতা মূল্যায়নের জন্য একটি মূল সূচক। ZT মান যত বেশি হবে, শীতলকরণ দক্ষতা তত বেশি হবে।
গরম এবং ঠান্ডা প্রান্তের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য: তাপ অপচয় প্রান্তে তাপ অপচয় প্রভাব সরাসরি শীতল প্রান্তে শীতল ক্ষমতা নির্ধারণ করে। যদি তাপ অপচয় মসৃণ না হয়, তাহলে গরম এবং ঠান্ডা প্রান্তের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য সংকুচিত হবে এবং শীতলকরণের দক্ষতা তীব্রভাবে হ্রাস পাবে।
কার্যকরী বিদ্যুৎ প্রবাহ: নির্ধারিত পরিসরের মধ্যে, বিদ্যুৎ প্রবাহ বৃদ্ধি করলে শীতলীকরণ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। তবে, একবার সীমা অতিক্রম করলে, জুল তাপ বৃদ্ধির কারণে দক্ষতা হ্রাস পাবে।
II থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিটের (পেল্টিয়ার কুলিং সিস্টেম) উন্নয়নের ইতিহাস এবং প্রযুক্তিগত অগ্রগতি
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, থার্মোইলেকট্রিক কুলিং উপাদানগুলির বিকাশ দুটি প্রধান দিকের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে: উপাদান উদ্ভাবন এবং কাঠামোগত অপ্টিমাইজেশন।
উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন তাপবিদ্যুৎ উপকরণের গবেষণা এবং উন্নয়ন
ডোপিং (যেমন Sb, Se) এবং ন্যানোস্কেল চিকিৎসার মাধ্যমে ঐতিহ্যবাহী Bi₂Te₃-ভিত্তিক উপকরণের ZT মান 1.2-1.5 এ উন্নীত করা হয়েছে।
নতুন উপকরণ যেমন সীসা টেলুরাইড (PbTe) এবং সিলিকন-জার্মেনিয়াম অ্যালয় (SiGe) মাঝারি এবং উচ্চ-তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে (200 থেকে 500℃) ব্যতিক্রমীভাবে ভালো কাজ করে।
জৈব-অজৈব যৌগিক থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ এবং টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরের মতো নতুন উপকরণগুলি খরচ আরও কমাবে এবং দক্ষতা উন্নত করবে বলে আশা করা হচ্ছে।
উপাদান গঠন অপ্টিমাইজেশন
ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ নকশা: ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সের ক্ষুদ্রাকৃতিকরণের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য MEMS (মাইক্রো-ইলেক্ট্রো-মেকানিক্যাল সিস্টেম) প্রযুক্তির মাধ্যমে মাইক্রোন-স্কেল থার্মোপাইল প্রস্তুত করা।
মডুলার ইন্টিগ্রেশন: উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন থার্মোইলেকট্রিক কুলিং মডিউল, পেল্টিয়ার কুলার, পেল্টিয়ার ডিভাইস তৈরি করতে সিরিজ বা সমান্তরালে একাধিক থার্মোইলেকট্রিক ইউনিট সংযুক্ত করুন, যা শিল্প-গ্রেড থার্মোইলেকট্রিক কুলিং প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।
সমন্বিত তাপ অপচয় কাঠামো: তাপ অপচয় দক্ষতা বৃদ্ধি এবং সামগ্রিক আয়তন হ্রাস করার জন্য তাপ অপচয় ফিন এবং তাপ পাইপের সাথে কুলিং ফিনগুলিকে একীভূত করুন।
III থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, থার্মোইলেকট্রিক কুলিং উপাদানগুলির সাধারণ প্রয়োগের পরিস্থিতি
থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিটের সবচেয়ে বড় সুবিধা হলো তাদের সলিড-স্টেট প্রকৃতি, শব্দ-মুক্ত অপারেশন এবং সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ। অতএব, যেসব পরিস্থিতিতে কম্প্রেসার শীতল করার জন্য উপযুক্ত নয়, সেখানে তারা একটি অপূরণীয় অবস্থান ধরে রাখে।
ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সের ক্ষেত্রে
মোবাইল ফোনের তাপ অপচয়: উচ্চমানের গেমিং ফোনগুলিতে মাইক্রো থার্মোইলেকট্রিক কুলিং মডিউল, টিইসি মডিউল, পেল্টিয়ার ডিভাইস, পেল্টিয়ার মডিউল থাকে, যা তরল কুলিং সিস্টেমের সাথে মিলিত হয়ে দ্রুত চিপের তাপমাত্রা কমাতে পারে, গেমিংয়ের সময় অতিরিক্ত গরমের কারণে ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস রোধ করে।
গাড়ির রেফ্রিজারেটর, গাড়ির কুলার: ছোট গাড়ির রেফ্রিজারেটরগুলি বেশিরভাগই থার্মোইলেকট্রিক কুলিং প্রযুক্তি গ্রহণ করে, যা শীতলকরণ এবং গরম করার ফাংশনগুলিকে একত্রিত করে (বর্তমান দিক পরিবর্তন করে গরম করা সম্ভব)। এগুলি আকারে ছোট, শক্তি খরচ কম এবং গাড়ির 12V পাওয়ার সাপ্লাইয়ের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
পানীয় কুলিং কাপ/ইনসুলেটেড কাপ: পোর্টেবল কুলিং কাপটিতে একটি বিল্ট-ইন মাইক্রো কুলিং প্লেট থাকে, যা রেফ্রিজারেটরের উপর নির্ভর না করেই দ্রুত ৫ থেকে ১৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে পানীয় ঠান্ডা করতে পারে।
২. চিকিৎসা ও জৈবিক ক্ষেত্র
সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ সরঞ্জাম: যেমন পিসিআর যন্ত্র (পলিমারেজ চেইন রিঅ্যাকশন যন্ত্র) এবং রক্তের রেফ্রিজারেটরের জন্য একটি স্থিতিশীল নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশ প্রয়োজন। সেমিকন্ডাক্টর রেফ্রিজারেশন উপাদানগুলি ±0.1℃ এর মধ্যে সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ অর্জন করতে পারে এবং রেফ্রিজারেন্ট দূষণের কোনও ঝুঁকি থাকে না।
পোর্টেবল মেডিকেল ডিভাইস: যেমন ইনসুলিন রেফ্রিজারেশন বাক্স, যা আকারে ছোট এবং দীর্ঘ ব্যাটারি লাইফ সম্পন্ন, ডায়াবেটিস রোগীদের বাইরে যাওয়ার সময় বহন করার জন্য উপযুক্ত, যা ইনসুলিনের সংরক্ষণের তাপমাত্রা নিশ্চিত করে।
লেজার সরঞ্জামের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ: মেডিকেল লেজার চিকিত্সা ডিভাইসের (যেমন লেজার) মূল উপাদানগুলি তাপমাত্রার প্রতি সংবেদনশীল, এবং সেমিকন্ডাক্টর শীতলকারী উপাদানগুলি সরঞ্জামের স্থিতিশীল ক্রিয়াকলাপ নিশ্চিত করার জন্য রিয়েল টাইমে তাপ অপচয় করতে পারে।
৩. শিল্প ও মহাকাশ ক্ষেত্র
শিল্প ক্ষুদ্র-স্কেল রেফ্রিজারেশন সরঞ্জাম: যেমন ইলেকট্রনিক উপাদানের বার্ধক্য পরীক্ষার চেম্বার এবং নির্ভুল যন্ত্রের ধ্রুবক তাপমাত্রা স্নান, যার জন্য স্থানীয় নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশ প্রয়োজন, থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, থার্মোইলেকট্রিক উপাদানগুলিকে প্রয়োজন অনুসারে রেফ্রিজারেশন শক্তি দিয়ে কাস্টমাইজ করা যেতে পারে।
মহাকাশযানের যন্ত্রপাতি: মহাকাশযানের ইলেকট্রনিক যন্ত্রগুলি ভ্যাকুয়াম পরিবেশে তাপ অপচয় করতে অসুবিধা বোধ করে। থার্মোইলেকট্রিক কুলিং সিস্টেম, থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, থার্মোইলেকট্রিক উপাদান, কঠিন-অবস্থার যন্ত্র হিসাবে, অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য এবং কম্পন-মুক্ত, এবং উপগ্রহ এবং মহাকাশ স্টেশনগুলিতে ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতির তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।
৪. অন্যান্য উদীয়মান পরিস্থিতি
পরিধানযোগ্য ডিভাইস: স্মার্ট কুলিং হেলমেট এবং কুলিং স্যুট, অন্তর্নির্মিত নমনীয় থার্মোইলেকট্রিক কুলিং প্লেট সহ, উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশে মানবদেহের জন্য স্থানীয় শীতলতা প্রদান করতে পারে এবং বাইরের কর্মীদের জন্য উপযুক্ত।
কোল্ড চেইন লজিস্টিকস: থার্মোইলেকট্রিক কুলিং, পেল্টিয়ার কুলিং এবং ব্যাটারি দ্বারা চালিত ছোট কোল্ড চেইন প্যাকেজিং বাক্সগুলি বড় রেফ্রিজারেটেড ট্রাকের উপর নির্ভর না করেই ভ্যাকসিন এবং তাজা পণ্যের স্বল্প দূরত্বের পরিবহনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।
IV. থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, পেল্টিয়ার কুলিং উপাদানের সীমাবদ্ধতা এবং উন্নয়ন প্রবণতা
বিদ্যমান সীমাবদ্ধতা
শীতলকরণের দক্ষতা তুলনামূলকভাবে কম: এর শক্তি দক্ষতা অনুপাত (COP) সাধারণত 0.3 এবং 0.8 এর মধ্যে থাকে, যা কম্প্রেসার কুলিং এর তুলনায় অনেক কম (COP 2 থেকে 5 পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে), এবং এটি বৃহৎ-স্কেল এবং উচ্চ-ক্ষমতার শীতলকরণের পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত নয়।
উচ্চ তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা: যদি তাপ অপচয়ের প্রান্তে তাপ সময়মতো নিষ্কাশন করা না যায়, তাহলে এটি শীতল প্রভাবকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করবে। অতএব, এটি একটি দক্ষ তাপ অপচয় ব্যবস্থা দিয়ে সজ্জিত হতে হবে, যা কিছু কম্প্যাক্ট পরিস্থিতিতে প্রয়োগকে সীমিত করে।
উচ্চ খরচ: উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন থার্মোইলেকট্রিক উপকরণের (যেমন ন্যানো-ডোপড Bi₂Te₃) প্রস্তুতির খরচ ঐতিহ্যবাহী রেফ্রিজারেশন উপকরণের তুলনায় বেশি, যার ফলে উচ্চ-মানের উপাদানগুলির দাম তুলনামূলকভাবে বেশি।
২. ভবিষ্যতের উন্নয়নের প্রবণতা
উপকরণের অগ্রগতি: কম খরচের, উচ্চ-ZT মানের থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ তৈরি করা, যার লক্ষ্য হল ঘরের তাপমাত্রার ZT মান 2.0 এর বেশি করা এবং কম্প্রেসার রেফ্রিজারেশনের মাধ্যমে দক্ষতার ব্যবধান কমানো।
নমনীয়তা এবং ইন্টিগ্রেশন: নমনীয় থার্মোইলেকট্রিক কুলিং মডিউল, টিইসি মডিউল, থার্মোইলেকট্রিক মডিউল, পেল্টিয়ার ডিভাইস, পেল্টিয়ার মডিউল, পেল্টিয়ার কুলার তৈরি করুন, যাতে বাঁকা পৃষ্ঠের ডিভাইসগুলির (যেমন নমনীয় স্ক্রিন মোবাইল ফোন এবং স্মার্ট পরিধানযোগ্য ডিভাইস) সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া যায়; "চিপ-স্তরের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ" অর্জনের জন্য চিপ এবং সেন্সরের সাথে থার্মোইলেকট্রিক কুলিং উপাদানগুলির ইন্টিগ্রেশন প্রচার করা।
শক্তি-সাশ্রয়ী নকশা: ইন্টারনেট অফ থিংস (আইওটি) প্রযুক্তি একীভূত করার মাধ্যমে, শীতলকরণ উপাদানগুলির বুদ্ধিমান স্টার্ট-স্টপ এবং পাওয়ার নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা হয়, যা সামগ্রিক শক্তি খরচ হ্রাস করে।
ভি. সারাংশ
থার্মোইলেকট্রিক কুলিং ইউনিট, পেল্টিয়ার কুলিং ইউনিট, থার্মোইলেকট্রিক কুলিং সিস্টেম, কঠিন অবস্থা, নীরব এবং সঠিকভাবে তাপমাত্রা-নিয়ন্ত্রিত হওয়ার অনন্য সুবিধা সহ, ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা সেবা এবং মহাকাশের মতো ক্ষেত্রগুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ স্থান দখল করে আছে। থার্মোইলেকট্রিক উপাদান প্রযুক্তি এবং কাঠামোগত নকশার ক্রমাগত আপগ্রেডিংয়ের সাথে, এর শীতলকরণ দক্ষতা এবং খরচের সমস্যাগুলি ধীরে ধীরে উন্নত হবে এবং ভবিষ্যতে আরও নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে এটি ঐতিহ্যবাহী শীতলকরণ প্রযুক্তিকে প্রতিস্থাপন করবে বলে আশা করা হচ্ছে।
পোস্টের সময়: ডিসেম্বর-১২-২০২৫
