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1、第期《红外》月刊热电制冷技术现状杨春燕·王维扬中,上海,国科学院上海技术物理研究所引言研究的一大方向。热电制冷之所,是以能有如此广泛的用途热电制冷,因为它本身具有其他制冷器所无法比拟的一系又称温差电制冷是一种以帕尔,,,帖效应为基本原理的制冷技术。帕尔帖效应早列优点主要有体积小重量轻微型热电。,制冷器重量一般在几克无任在十九世纪就被发现但实际应用的研究从二到几十克之间,,。十世纪下半叶才蓬勃兴起,距今不过五十年的何机械运动故无噪声寿命长不使用液。,,。历史发展至今热电制冷技术已被广泛应用态或气态工质因而不存在污染环境的问题于许多领域,其主要用途有在电子技术
2、和制冷器参数不受空间方向或者说重力场的影,、、。,光电技术上的应用如光敏器件红外探测器响制冷迅速可以在秒内达到稳定通,,激光管和光电倍增管等光电器件大规模集成过改变输入电流或电压可实现制冷量的连续、、。,电路功率元件电子仪器等元器件和设备的调节和高精度温控切换电流方向可使制。。,冷却在超导技术和潜艇上作为低温冷源冷器从制冷变为加热可方便地实现温度的时,。在工业和真空技术上的应用如在化学工业序控制中某些化工产品的生产工艺及产品性能的测试但是,没有一种制冷方式是十全十美的,同,,都离不开热电制冷器在电力工业中采用热样也有一些缺点制约着热电制冷技术的发展,,电制
3、冷器作为变压器的一个附件取代传统的它们主要有制冷量小工作温度较低时转,。,硅胶除湿法解决了对油冷却的除湿问题专换效率也较低单位制冷量的造价高但在用的恒温仪器和设备在半导体工业上硅外延制冷量较小的情况下,它可用于冷却较小的元生长工艺离不开专用的热电冷阱在真空技术件如红外器件,具有无可争辩的地位。上,热电冷阱的应用可提高真空度个数量级。在测温及温控上的应用,如热电制热电制冷原理冷零点仪、热电恒温器。在生物学和医学上的应用,如热电制冷的显微镜物台、冷冻切片热电效应、、,机白内障摘除器冷刀等已得到广泛应用医温差电的基本物理过程共有五个它们是药工业上用于合成提取生物
4、制品的热电制冷恒塞贝克效应、帕尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳热、。,温浴槽储藏和运送贵重药品血浆等的便携效应和傅里叶导热效应前三种称为热电效应。、、,式热电制冷器等热电制冷的冰箱空调热其中帕尔帖效应为热电制冷器的工作基础所泵和小型便携式冷却器。利用温差发电原理以人们又习惯称热电制冷为帕尔帖制冷。可,如核燃料系统的热源以制成温差发电器塞贝克效应利用低品位热源进行温差发电是现今热电技术年,塞贝克发现对两种不同导体的洲级硕士研究生《红外》月刊年,,,,结点加热时会产生电势若为闭和回路则产热量而在另一接头处则吸收热量如图所,。。,,生电流如图示这种现象是可逆的改变电流
5、方向时吸热和放热的接头也随之改变。单位时间内接头处吸收的热量为月镇》。。。。凡碑。,瓜为导体和之间的帕尔帖系数单位为,。,。瓜时表示吸热反之为放热帕尔帖图塞贝克效应系数与塞贝克系数之间的关系为‘。‘,万。政温差电势的产生可以定性地解释为导体中的原子或载流子电子、空穴的能量和速度由于半导体材料具有比金属更好的热电能量转随温度梯度变化的结果。产生的电势差可以换特性,它的应用才真正使热电制冷实用化,表示为。所以热电制冷又称为半导体制冷〔‘。一汤姆逊效应一,当界△足够小时可定义由材料和年汤姆逊探测出第三种效应,电流通组成的温差电势率为过有温度梯度的金属导体的材料时
6、,将吸收或。、、,。刀‘放出热量这一效应在以后得到了证实乙二一。断万戈丽少又万夕阴当一段有温度梯度的金属导体通有电流工。。,。,,是材料和之间的相对塞贝克系数数时原有的温度分布将会被破坏为维持原有,值上等于温差为时所产生的电位差单位温度分布,导体将吸收或放出热量,这种现象,。,为川兀其脚注却的次序表示叭且在称为汤姆逊效应。它表明,在导体中除了产生,温度为的接头处电流由导体流向导体与导体有关的焦耳热外,还会吸收或放出汤姆,。,。时断为正反之为负逊热。帕尔帖效应,,一般认为汤姆逊效应远小于其他效应所。、只以在分析热电制冷时可以忽略但有人持不同马犷子尹,“,匕一
7、观点认为被一般文献忽略的汤姆逊效应是件已凶”,“构成热电循环的主要过程还有人认为汤姆“,”逊热是焦耳热与电子通过有温度梯度的电偶臂”,“,吸少时输运的热能之和如果考虑了汤姆逊热,、、、、已吹那么焦耳热就不再是电子循环过程中的基本物理过”。程渔七飞创』热电制冷原理图帕尔帖效应图为热电制冷原理图,只画出了一对温。,年法国技师二发现两种差电单元此模型用于制冷时图中所示的开,,不同导体和组成电路且通有直流电时,在关拨在一位置主要由于帕尔帖效应电流把式,一个接头处除焦耳热外还会释放出某种其他的热量从温度为的热源转移到温度为的热第期《红外》月刊。,。源中去数值高则制冷
8、效率高卜叮川钧,护‘图单级热电制冷器,,金属导流片图热电制冷原理图
