熱電制冷是熱電效應(yīng)主要是珀?duì)柼?yīng)在制冷技術(shù)方面的應(yīng)用。實(shí)用的熱電制冷裝置是由熱電效應(yīng)比較顯著、熱電制冷效率比較高的半導(dǎo)體熱電偶構(gòu)成的。
像金屬這樣的材料都有自由電子分布著，這些電子由于溫度梯度或電場(chǎng)的作用而運(yùn)動(dòng)。若對(duì)金屬棒的一端加熱，自由電子的動(dòng)能就將增加，致使純電子流流向冷端。電荷是與每個(gè)電子相連系著，所以由熱能引起的電子流動(dòng)也是電流。在導(dǎo)體或溫度場(chǎng)中，載流子的濃度關(guān)系實(shí)際上是塞貝克效應(yīng)。
若我們把載流子從一種材料到另一種材料的遷移當(dāng)作電流來看，則每種材料載流子的勢(shì)能不同。因此，為滿足能量守恒的要求，載流子通過結(jié)點(diǎn)時(shí)，必然與其周圍環(huán)境進(jìn)行能量交換。這就是珀爾帖效應(yīng)。能級(jí)的改變是現(xiàn)象的本質(zhì)，這使構(gòu)成制冷系統(tǒng)成為可能。作為一個(gè)例子，我們來研究一下圖8-8所示的組合在一起的兩種不同的熱電材料片。
n型材料有多余的電子，有負(fù)溫差電勢(shì)。p型材料電子不足，有正溫差電勢(shì)。當(dāng)電子從p型穿過結(jié)點(diǎn)至n型時(shí)，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)所消耗的能量。這一點(diǎn)可用溫度降低來證明。相反，當(dāng)電子從n型流至p型材料時(shí).結(jié)點(diǎn)的溫度就升高。
圖8-8所示電路的連接方法在實(shí)際應(yīng)用中無用.因此要用圖8-9的連接方法來代替。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，在溫差電路中引入第三種材料(連接片和導(dǎo)線)不會(huì)改變電路的特性。這樣，半導(dǎo)體元件可以各種不同的連接方式來滿足使用要求。
如圖8-9把一只p型半導(dǎo)體元件和一只n半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會(huì)產(chǎn)生溫差和熱量的轉(zhuǎn)移，在上面的一個(gè)接頭處，電流方向是n→p，溫度下降并且吸熱，這就是冷端。而在下面的一個(gè)接頭處，電流方向是p→n，溫度上升并且放熱，因此是熱端。
按圖8-8把若干對(duì)半導(dǎo)體熱電偶在電路上串聯(lián)起來，而在傳熱方面則是并聯(lián)的，這就構(gòu)成了一個(gè)常見的制冷熱電堆。按圖示接上直流電源后，這個(gè)熱電堆的上面是冷端，下端是熱端。借助熱交換器等各種傳熱手段。使熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱降溫，這就是熱電制冷器的工作原理。
