热电制冷器的基本元件是电偶,如图5—2历示。由于半导体材料本身的物理特性使得它产生的殆尔帖效应比其它导体材料要显著很多,所以,热电制冷器的基本元件都用半导体材料制成,故又称半导体制冷器。
图5—2中的电偶是由一个P型和一个N型半导体组成的回路。当通以直流电流J时,P型半导体内的载流子(空穴)和N型半导体内的裁流子(电子)在外电场的作用下产生运动。金属片和N型半导体的电子运动方向与电流方向相反,而P型半导体中的空穴运动方向与电流同向。由于电子在金属中的能量级低于它在N型半导体中的能量级,所以,当它从金属片中流入N型半导体中时,需要吸收热量;P型半导体中的空穴与电子反向运动,当在结点2处与电子相遇时,导致内能增加,g在结点3处,空穴与电子分离,产生电子—空穴对,导致吸热。这样1、2结点放热,3、4结点吸热。
显然,通过改变电流方向可实现从制冷变为加热的目的串联型多级热电堆的特点是各级的工作电流相同,组与组之间需要一层电绝缘的导热层隔开,上一级热电堆和下一组热电堆之间的电连接按要求在同温层下连接,即要求导热层的导热系数越大越好,以便使温差损失减少。一般是下面一级冷场的一对电偶断开,被断开的N型元件冷端和上面一级N型元件热端引出线连接,被断开的P型元件冷场和上面一组P型元件热端引出线连接。并联型多级热电堆的特点是工作电流较大,由于级问无导热,级与级之间无带电绝缘的导热层隔开。当要求的温差和负荷与串联型热电堆相同时,并联型比串联型耗电要小,但线路设计比较复杂。
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