第四讲温差电致冷组件

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1、温差电技术讲座第四讲：温差电致冷组件张建中2010.08温差电致冷原理温差电致冷组件将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在一端用金属导体电极连接起来，在其另一端分别用电极连接，构成一个温差电偶。在温差电偶开路端接上一个直流电源，即构成一个温差电致冷器或者温差电热泵。一旦电路接通电源，由于珀尔帖效应，温差电偶的一端吸热，另一端放热，热接头和冷接头之间便建立了一定的温度差。温差电致冷原理珀尔帖效应在两个不同的导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，接头的吸热或放热取决于电流的方向。如

2、果在放热的接头上维持一定的温度,则另一个接头就开始冷却,一直到从周围介质中传入该接头上的热量和沿温差电偶臂传入的热量的总和等于所吸收的珀尔帖热为止。α---温差电单体对的塞贝克系数，单位为V/Kpnρ和ρ---p型和n型材料的电阻率，单位为Ω·mpnκ和κ---p型和n型材料的热导率，单位为pnW/(m·K)单体对的电阻和热导pLpnLnrrripnAApnpApnAnKKKpnLLpn珀尔帖热PITIhpnhpnTh'PIITIcnppncpnTc珀

3、尔帖热当有电流I通过热接头时，单位时间内所吸收的珀尔帖热为PITIhpnhpnTh21ppnT(TT)hhhcr(m1)i传导热由于热传导，热接头传到冷接头的热量为PK(TT)Thc冷面的热平衡方程对于冷面，致冷功率是珀尔帖热P、由于热传c递迁移到冷端的热P和焦耳热这三部分组成。T我们可以得到热平衡方程。12QcpnITcIRKT2最大温差T12当Ipnc时，TZTmaxcR22pn式中ZRK2ZTc同时达到Qcmax

4、KT12T消耗的总电功率PIpnTIR性能系数Φ(COP)COP定义为从热源抽走的热功率和消耗的电功率之比。12ITIRKTQpncc2PITIRpn最大性能系数Tpn当I时，RM1TM1KTZT1maxc2TM式中，1M1ZTTMThTcM2讨论如这里无不可逆效应，我们将得到，即Tc极限值卡诺效率。对给定的ΔT,Φ依赖于电流。T电流的两个特定值对应于

5、最大致冷功率和最大效率。得到最大致冷功率的电流即得到最大温差。21优值Zpn、平均温度T和M1ZT2是温差MMRK电器件的重要参数。温差电致冷单偶的理想性能Th/Tc—最大性能系数--无量纲优值无量纲优值温差电致冷组件单级温差电致冷组件温差电致冷组件可分为单级温差电致冷组件和多级温差电致冷组件。单级温差电致冷组件指的是只有一个热面和一个冷面的单层温差电致冷组件。单级温差电致冷组件温差电致冷组件的结构常规的单级温差电致冷组件是由若干对温差电偶电串联构成。温差电元件呈矩形截面。流行

6、的结构中铜制导流片连接P、N型元件，用高纯氧化铝(或氧化铍)陶瓷片在冷面和热面与外界耦合。三明治式夹层结构。工作温度目前常规温差电致冷组件多用熔点138℃的焊料焊接,长期工作温度为80℃,短期工作温度为100℃。近几年研制成功一种高温温差电致冷组件，使用较高熔点的焊料制作，最高持续工作温度为150℃。最大温差最大温差（ΔT）指的是热面温度max27℃,冷面无热负荷时,温差电致冷组件能达到的最大温差,单位℃,此时温差电致冷组件在最大温差电流Imax工作。最大温差电流最大温差电流（I）指的是热max面

7、温度27℃,冷面无热负荷时,温差电致冷组件能达到最大温差时的工作电流,单位A。最大致冷功率最大致冷功率（Q）指的是热cmax面温度27℃,温差电致冷组件在冷面能吸收的最大热负荷,单位W,此时温差电致冷组件在最大温差电流I工max作。ΔT-Q关系（TEC1-12704）cTEC1-12704温差电致冷组件的特性曲线致冷功率和性能系数TEC1-12704,Th=303K致冷功率和性能系数温差电致冷组件的性能参数体系热面温度Th冷面温度Tc最大温差（温差）ΔTmax最大温差电流Imax最大温差

8、电压Vmax内阻Rac最大制冷功率Qcmax最大性能系数（COP）尺寸（长×宽×高）重量制冷功率密度多级温差电致冷组件为了获得更大温差，将上一级温差电致冷组件的热端与下一级温差电致冷组件的冷端热耦合，如此叠加形成的多层次的组件被称为多级温差电致冷组件。通常呈金字塔形式。一般情况下，各级温差电偶串联供电。多级温差电致冷组件性能系数-温差温差极限级数最大温差℃160－70280-95395-1104100-1206120-1358130-140制作工艺常规温差电致冷组件常规