【热电制冷原理深度解读】

  图3制冷器整体组装有三种方法：黏结法、机械固定法和焊接法。黏结法：一般用环氧树脂黏结。黏结时加一定的压力，使环氧树脂黏结层很薄，可减少热阻。固化后在60～70℃下烘烤。这种方法的缺点是黏结层不易做得很薄，因而增加了热阻。同时，由于环氧树脂与电偶堆热膨胀系数不同，长期冷热交替工作会使树脂黏结层松脱，热量散不出去，烧坏电偶堆。机械固定法：用螺钉将电偶堆、散热器及冷板连在一起。此法在使用维修时较方便，如果在各活动接触面上涂以导热硅脂等，能大大的提升其导热性能。为了尽最大可能避免从热端经螺钉向冷端传热，螺钉应套胶木套或用尼龙螺钉。焊接法：由于电偶堆与散热器及冷板之间要电绝缘，需采用一种金属化的陶瓷，而且这种陶瓷片的大小与铜连接片相同，并将其两面烧结上金属（如银）层。金属化陶瓷片一面与铜连接片焊接，再焊上半导体元件，另一方面与散热器或冷板相焊接。此方法电绝缘性能好，但增加了金属化陶瓷的工艺。热电制冷电堆是制冷器件的主要组成部分。其元件的尺寸、电偶对数及电堆结构及形式（如疏密度）等，都一定要经过设计计算和实验才能最后确定。通常一级制冷最大只能得到大约50℃的温差，为得到较大温差和深度冷却，可采用多级热电制冷。这种多级制冷法在电路连接上有串联、并联和混联三种。串联型如图4所示，显然每一级工作电流相同，级与级之间必须有良好的电绝缘。并联型多级制冷电偶堆如图5所示，其工作特点是工作总电流比较大，但级间不必电绝缘。混联型如图6所示。

  图6混联型图7是一种采用薄膜技术的热电制冷器件，其材料为B i2Te3，这种制冷器的优点是：它的冷却功率密度随热电薄膜厚度的减小而飞速增加。当薄膜厚度在20～50μm时，其冷却的热流密度可超过100 2W/cm。因此，利用这种薄膜器件很容易实现热电制冷器的小型化和微小型化。

  图7三、热电制冷在电子设备中的应用热电制冷器是借助于电子（或空穴）在运动中直接传送能量来实现制冷的，因此与机械制冷相比具有如下优点：① 无机械转动部分，因而无噪声、无振动、维修方便、可靠性高；② 不需要制冷剂；③ 制冷量和冷却速度可通过改变电流的大小随意调节，而且改变电流的方向还可当作加热源，因此很容易实现自动调节，所以适用于作恒温器；④ 体积小、质量轻，制冷量能随意选择，特别适合于各种小型化元器件、仪器仪表的冷却。鉴于热电制冷有上述特点，所以在电子设备的冷却技术中得到了较为广泛的应用。特别是电子计算机，多路通信机，雷达设备等的恒温均宜采用热电制冷来完成。例如，多路通信机中的某恒温器，在环境和温度从-5～+45℃变化时，恒温室的温度可稳定在25±1℃，制冷器的工作电流为3A、耗电为5W。若采用自然对流散热方式，其结构如图8（a）所示。又如，用半导体制冷的石英晶体振荡器的恒温器，在环境和温度为-15～+45℃变化时，工作室内的温度可稳定在10±0.5℃范围内；而其工作电流为3A，耗电为30W。恒温工作室的结构如图8（b）所示。

  图8恒温器热电制冷的一个很大的缺点在于本身为了达到制冷的目的，需消耗很大的功率。图9是用热电制冷组件作为制冷元件的热电制冷阱。阱体由铝材制成，阱体的四周用聚氨酯材料保温，制冷组件的热端用水冷散热器。

  图9热电制冷阱结构示意图这种结构的控温精度高、控温范围广、性能可靠、无噪声、无污染。经过适当的改进也可当作恒温槽和低温存储器使用。

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