TEC是熱電冷卻器的縮寫。TEC 是一種半導體或固態器件，利用珀爾帖效應產生加熱和冷卻。TEC 的其他名稱包括帕爾貼設備、固態冰箱和帕爾貼熱泵。TEC可用于在很寬的范圍內散熱，從幾毫瓦一直到幾千瓦。

一、半導體制冷器(Thermo Electric Cooler)的工作原理

如果電源反轉，觸點處的溫度將發生相反的變化。這種現象稱為珀爾帖效應，也稱為熱電效應。1821年，托馬斯·塞貝克（Thomas Seebeck）發現，當兩個不同材料的導體連接在一個回路中，并且兩個結之間存在溫差時，電流流過回路。十二年后，J. C. Peltier展示了相反的效果 - 通過切斷回路中的一根導體并迫使電流通過回路，觀察到兩個結之間的溫差。

由于當時可用的材料，所涉及的大電流產生的電阻熱主導了珀爾帖效應。如今，隨著材料的進步，這些連接點已變得更加實用，可用作熱電熱泵，其功能與基于碳氟化合物的蒸汽壓縮制冷相同。雖然它們仍然不如蒸汽循環裝置有效，但它們沒有運動部件或工作流體，并且尺寸可能非常小。純金屬的熱電效應很小。如果使用N型半導體和P型半導體來代替金屬，效果會大得多。通電后，在上部觸點附近產生電子-空穴對，因此內部能量降低，溫度降低，熱量被外界吸收。在這種情況下，上部稱為冷端。由于下接觸的電子-空穴對的復合，內部能量增加，溫度升高，熱量釋放到環境中。在這種情況下，下部稱為熱端。

一對半導體熱電元件產生的溫差和冷卻能力非常小。實用的熱電冷卻器由多對并聯和串聯的熱電元件組成，也稱為熱電樁。單級熱電樁可以獲得約60°C的溫差;C，即冷端的溫度可以達到-10到-20°C.增加熱電樁階段的數量可以增加兩端之間的溫差。但是，階段數不宜太多，一般為2至3個年級。當這些復合熱電元件覆蓋瓷磚或其他導熱絕緣材料時，在帶電狀態下形成吸熱和放熱效應。

二、熱電冷卻器的特點

熱電冷卻器具有無噪音、無振動、無需制冷劑、體積小、重量輕等特點，工作可靠，操作方便，制冷量調節方便。但是，它的制冷系數相對較小，功耗相對較大，因此主要用于冷耗小，占地面積小的場合，例如電子設備和無線電通信設備中某些組件的冷卻;有些也用于家用冰箱，但不經濟。熱電冷卻器也可以做成零點表，以保證熱電偶溫度測量中的零點溫度。

二、熱電冷卻器技術應用

1950年代，隨著半導體材料的快速發展，熱電冷卻器逐漸從實驗室走向工程實踐，并應用于國防、工業、農業、醫療和日常生活，從核潛艇空調到用于冷卻紅外探測器的探頭。作為一種特殊的冷源，熱電冷卻器在技術應用中具有以下優勢：

1.不需要任何制冷劑，可以連續工作，并且沒有污染源，沒有旋轉部件，沒有旋轉效應。它沒有振動，噪音，并且壽命長，安裝方便。

2.熱電冷卻器有兩個功能：冷卻和加熱。冷卻效率一般不高，但加熱效率很高，總是大于1。因此，使用一個組件可以取代單獨的加熱和冷卻系統。

3.熱電冷卻器是一種電流交換部件。通過對輸入電流的控制，可以實現高精度的溫度控制。結合溫度檢測和控制手段，易于實現遠程控制、程序控制、計算機控制，便于形成自動控制系統。

4.熱電冷卻器的熱慣性很小，冷卻和加熱時間非常快。當熱端散熱良好，冷端為空時，冷卻器可在不到一分鐘的時間內達到最大溫差。

5.熱電冷卻器的反向使用是溫差發電。熱電冷卻器一般適用于中低溫地區的發電。

6.熱電冷卻器的單個制冷元件對的功率非常小。但是，如果將它們組合成串聯并聯的堆棧以形成制冷系統，則可以使功率變得如此之大，以至于冷卻功率可以從幾磨瓦到數萬瓦不等。

7.熱電冷卻器的溫差范圍可以從90°C的正溫度實現;C至130°C的負溫度。

通過以上分析，熱電元件的應用范圍包括冷卻、加熱、發電。冷卻和加熱應用更為常見。有以下幾個方面：

(1)熱電空調

半導體空調的特點是無制冷劑，噪音低，改變直流方向。它可以從制冷轉移到加熱操作，因此適用于特殊環境中的空調，例如潛艇，電子通信車輛等，不允許制冷劑泄漏。

(2)熱電溫控器

半導體制冷溫控器的特點是容量小，控溫精度高，可用于要求高的儀器和實驗儀器。例如，半導體零點計和半導體恒溫水浴作為半導體熱電樁的測量基準，其控溫精度可以達到0.01K。

(3)半導體制冷飲水機

帶半導體制冷的飲水機的特點是無制冷劑，制冷系統結構緊湊，適用于要求冰箱輕巧小、禁止制冷劑泄漏的各種場合，如波音飛機上的半導體制冷飲水機。

(4)醫用熱電冷卻器

采用半導體制冷的醫療器械具有結構緊湊、使用方便等特點，如冷凍切片機、冷凍麻醉床墊、白內障摘除裝置、皮膚病冷療儀等。

(5)熱電除濕機

采用半導體制冷的空氣除濕機的特點是無制冷劑，噪音低。適用于不允許制冷劑泄漏的軍用倉庫、低噪音潛艇、水下高壓罐等特殊環境。

(6)熱電熱泵

采用半導體制冷的熱泵的特點是熱慣性低，工況轉換方便。一般半導體空調或半導體溫控器可根據熱泵條件運行。

精密熱控制應用將繼續使用TEC作為解決方案。TEC性能有望繼續提高，使其成為越來越多的溫度控制應用的更具吸引力的解決方案。TEC甚至可以取代用于加熱和冷卻家庭的蒸汽循環制冷設備。TEC驅動器和熱控制回路才剛剛開始找到實際應用。

【 文章來源：展至科技 】

審核編輯 黃宇