熱電制冷器:
也被稱為珀爾帖制冷器,是一種以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ),可以用作小型熱泵的電子元件。通過在熱電制冷器的兩端加載一個較低的直流電壓,熱量就會從元件的一端流到另一端。此時,制冷器的一端溫度就會降低,而另一端的溫度就會同時上升。值得注意的是,只要改變電流方向,就可以改變熱流的方向,將熱量輸送到另一端。所以,在一個熱電制冷器上就可以同時實現(xiàn)制冷和加熱兩種功能。因此,熱電制冷器還可以用于精確的溫度控制。
珀爾帖效應(yīng):
當(dāng)在兩個節(jié)點T1和T2輸入一個電壓Vin,回路中會產(chǎn)生一個相應(yīng)的電流I。接頭A處的熱量會被吸收,從而產(chǎn)生一個微弱的制冷現(xiàn)象,而在另一個接頭B處,隨著熱量流入,溫度會升高。鑒于這個效應(yīng)是可逆的,所以如果將電流反向,熱流的方向也隨之反向。珀爾帖效應(yīng)的數(shù)學(xué)公式可以表示成左圖一。
Qc或者Qh=pxy×I
其中,pxy代表兩種材料x和y的珀爾帖系數(shù)之差,單位是V;
I是電流,單位是A;
Qc和Qh分別代表制冷和加熱的速率,單位是w。
隨著電流的流動,導(dǎo)體中同時也會產(chǎn)生焦耳熱,大小可以用I2R(R是電路中的電阻)表示。這個焦耳熱效應(yīng)與珀爾帖效應(yīng)相反,將導(dǎo)致制冷器制冷效果的降低。
熱電制冷結(jié)構(gòu):實際應(yīng)用中的熱電制冷器一般包括兩個或多個半導(dǎo)體電偶臂。使用導(dǎo)電和導(dǎo)熱性都比較好的導(dǎo)流片串聯(lián)成一個單體。而一個熱電制冷器一般是由一對或者多對這樣的單體重復(fù)排列而成,從電流通路上看,呈串聯(lián)方式;從熱流通路上看,呈并聯(lián)方式。這些單體和導(dǎo)流片通常都被安裝在兩片陶瓷基板之間。這些基板的作用是將所有的結(jié)構(gòu)機械性的連接在一起,并且保持每個單體與其它結(jié)構(gòu)和外界焊接面之間相互絕緣。 上圖所示的模型里面有兩對p型和n型電偶臂,也就是說有兩對溫差電偶對。在熱電制冷的過程中,熱流(被實際吸收在熱電制冷器里面的熱量)正比于制冷器上加載的直流電流的大小。通過0到最大值之間調(diào)整加載電流的大小,可以調(diào)整和控制熱流和溫度。