热电制冷的应用和优势

热电制冷的原理

热电制冷是利用珀尔帖效应的原理进行制冷的，其制冷效果主要取决于两种电偶对材料的热电势。由于半导体材料具有较高的热电势，因此，可以用它来做成小型的热电制冷器。由于热电制冷器不需要介质，又无机械运动部件，可靠性高，并可以逆向运转，在电子设备或电子元器件的热控制方面得到了比较广泛的应用。

热电制冷的应用

需要微型制冷的场合，热电制冷会发挥很好的作用。它在国防、科研、医疗卫生等领域广泛地用作电子器件、仪表的冷却器，或用在低温测仪、器械中，或制作小型恒温器等。

1.热电制冷在电子元件上的应用

使用条件严格、对温度反应敏感的电子元器件，必须保证它们在低温或恒定的温度条件下工作，才能发挥其性能。例如：红外探测器需要在低温下才能有高灵敏度和探测率。硫化铅、硒化铅红外控测器在-10℃时的响应比20℃时的响应要高出几倍;在-78℃时，其探测率可以提高一个数量级。为此用途的热电制冷器，一种是由4级电堆组成，在真空中输入功率10w，达到-95℃的低温，而制冷器本身仅有750g重，连散热器、电风扇加在一起的体积也只有。另一种是二级电堆组成，耗电6w，冷却硫化铅红外探测器，使其讯噪比提高许多倍。

许多电子元件要求在恒温条件下工作，例如电阻、电容、电感、晶体管、石英晶体管等。用热电制冷方法制做恒温器，为它们提供恒温器的温度控制简单、精确。用热敏电阻作感温件，它们的温控精度可达±0.05℃。

在标准电器（电池、电容）标定测量中，需要超级恒温槽。采用热电制冷制作，其恒温控制精度可达0.005℃。

2.热电制冷在畜牧业和医学上的应用

在畜牧业中热电制冷主要用于储存良种畜的精液。动物的精子在室温下很快会死亡;在0℃时可存活几天;在-78℃时则可存活几年。因而用热电制冷的冷藏瓶在低温下保存和输送动物精液十分方便。

3.热电制冷在工业上的应用

①高真空技术

为了提供极高的真空度，需要在扩散泵上加冷阱。用热电制冷的冷阱与用液态气体（如液态空气、液氮、……）制冷的冷阱相比，前者可以将真空度提高约1个数量级。

②工业气体含水量的测定与控制

冶金、化工、机械制造工业中，常常需要准确地测定气体的湿度。测定装置中的露点湿度计是很关键的部件。用热电制冷元件制作的露点湿度计具有结构简单、精度高的优点。图3是69式露点仪的示意图。它可以测至-90℃的露点温度。其工作过程如下：被测气体内入口流入零工作室，开动仪器，使镜面开始降温，首先调节光栅 ，使硅光池 的光电压差等于零，这时表示没有信号输出。在整个过程中镜面温度由露点温度显示器Ⅶ自动追踪显示。当温度降以一定程度，镜面出现露珠，此时硅光电池 的受光显著减弱，A与通过I的比较，有信号输出。这个信号经过放大及一系列过程去带动继电器Ⅲ，使指示灯Ⅶ发出指示。同时，制冷电堆的电源停止供电，温度跟踪也随之停止。这时露点温度显示器Ⅶ显示出的值即为露点温度。

③测量仪和分析仪

热电偶温度测量装置中必须使用零点仪。一般多用冰水混合物作零点，使用起来不够方便。可以用热电制冷器做成人工零点仪，使测量方便可靠。

4.其它方面的应用

在电源充足，运行经济性不作为首要考虑问题的应用场合，取热电制冷可靠、简单、无噪声、无振动、无工质泄漏等长处，用以作空调或冷却装置。如核潜艇、卫星站、飞机、地下建筑的空调器。

热电制冷优势

（1）结构简单

整个制冷器由热电堆和导线连接而成，没有任何机械运动部件，因而无噪声、无摩擦、可靠性高、寿命长，而且维修方便。

（2）体积小

特别在小体积、小负荷的用冷场合，使用热电制冷有其独到的好处。

（3）启动快、控制灵活

只要接通电源，即可迅速制冷。冷却速度和制冷温度都可以通过调节工作电流简单而方便池实现。

（4）操作具有可逆性

既可以用来制冷，又可以改变电流方向用于制热，因而可以用来制做高于室温到低于室温范围内的和恒温器。