制冷片 单级制冷片 多级制冷片

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1、制冷片单级制冷片多级制冷片 温差电致冷现象已发现一百五十多年了。1834年法国科学家珀尔帖(Peltier)发现了一种效应，在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热。这就是所谓珀尔帖效应。1911年，德国人Altenkirch用实验证实了此效应可以致冷，提出温差电致冷的理论，并得到温差电致冷器基本参数的热力学公式。本世纪50年代，由于半导体材料制造技术的突破，温差电致冷技术获得了较快发展。温差电致冷组件是利用珀尔帖效应工作的热泵，可用于致冷，也可以致热。它是一种没有转动部件的固态器件，寿命长，工作时无噪声，又不会释放有害物质(如氟氯烃)，能在任意角度安装运行，调节电压或电

2、流时可以精确控制温度。由于它具有的一系列优点，在国防、工业、农业、科学研究各领域都得到了广泛的应用当前，温差电致冷器在中(致冷功率在100W~500W范围)、小(致冷功率低于100W)功率的应用占极大部分。在某些小功率场合已经是并将仍然是唯一可用的致冷方式。在激光二极管、CCD器件、红外探测器的冷却等小功率应用领域，应用相当普遍。中功率应用领域，温差电致冷也有相当大的市场，如气体除湿器，气体或液体冷却器等。近几年中小功率温差电致冷器应用年增长超过20%。大功率(致冷功率大于500W)温差电致冷器，包括电子仪器空调舱、计算机空调机等，在权衡空间大小、重量、可靠性、运行方式等要求后，在军用领域是竟

3、争力的。1工作原理、结构与制造工艺流程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。在热平衡条件下，冷接头的热平衡方程为：Qc=aTcI-0.5IR-K(Th-Tc)方程式中第一项是珀尔帖热,a称为材料的塞贝克系数。其实，塞贝克系数与冷面温度的乘积就是该材料对在冷接头处的珀尔帖系数。方程中第二项是焦耳热的一半，我们假设通电过程中热偶上产生的焦耳热有一半传到冷接头。方程中的第三项是由傅利叶热传导

4、定律决定的由热接头传导到冷接头的热量。在说到温差电材料和温差电组件时经常提到优值(有的文献则用品质因子的说法)的概念，以表示温差电材料和组件热电性能的好坏。温差电材料的优值与它的塞贝克系数、电导率和热导率有关，定义为：z=aó/k公式中优值z的单位是1/K，塞贝克系数a的单位是V/K，电导率ó的单位是S/cm，热导率k的单位是w/(cm·k)。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。多级温差电致冷组件，常规的结构方式是上一级的热面作为下一级的冷面，如此叠加成的多层次

5、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。制作温差电致冷组件，首先要制备温差电致冷材料。常用的温差电材料是用区域熔炼法(可以用电阻炉区熔，也可以用高频区熔)、布里奇曼法等熔融生长法制备的定向多晶。用于室温附近致冷，目前最好的P型温差电材料是掺一定量杂质的赝二元Bi2Te3-BiSe3，以及由Bi2Te3-Sb2Te3-Bi2Se3组成并掺一定量杂质的赝三元材料。优值在2.5×10‐3/K左右。制备的温差电制冷材料多晶锭去掉头尾后,用切片机按温差电元件的高度切成片,再用划片机切成所需尺寸的元件。最后,利用模具将温差电元件焊接到按一定形式排布的带导流片的陶瓷板上,形成温差电制冷组件

6、。目前市售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℃。2温差电致冷的优越性a)小型化：一般情况下，温差电致冷器外形尺寸和体积远远小于机械制冷系统，重量也比较轻。各种标准的和特殊的尺寸以及结构的温差电致冷组件可供选择，适用于各种应用的需要。b)具有致冷和加热两种功能：改变直流电源的极性，同一致冷器可实现加热和致冷两种功能。c)精确温控：使用合适的闭环温控电路，可实现温度控制。温差电致冷器控温精度可优于±0.1℃。d)高可靠性：温差电致冷组件为固体器件，无运动部件，

7、因此失效率低。典型的温差电致冷器的寿命大于二十万小时。e)工作时无声：与机械制冷系统不一样，温差电致冷器工作时不产生噪音。f)可使用常规电源：温差电致冷器对电源要求不高。可使用一般直流电源，工作电压和电流可在大范围调整。g)可实现点致冷：可只冷却一专门的元件或特定的面积，不必要冷却一完整的封装外壳和整体。h)具有发电能力：若在温差电致冷组件两面建立温差，则可产生直流电。可利用温差电致冷组件制作小功