TEC(Thermo Electric Cooler)即热电制冷器或热电冷却器,因外观是片状器件也称为TEC制冷片。
半导体热电制冷技术是利用半导体材料的珀耳帖效应(Peltier效应)实现制冷或加热的一种能量转换技术,广泛应用于光电子、电子工业、生物医疗、消费类家电等领域。所谓珀尔帖效应,是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时,在电偶的两端即可出现一端吸收热量,一端放出热量的现象。
工作原理:
热电制冷器件通常是由若干对p、n型半导体热电偶串联而成。当接上直流电源后,热电制冷器件的一端会温度降低,而另一端温度会同时升高。借助热交换器等各种传热手段,使制冷器件的热端不断散热,则器件的冷端将不断从工作环境吸收热量。值得注意的是,此现象是完全可逆的,只要改变电流方向,就可以使热量向相反的方向转移。因此,在一个热电制冷器件上可同时实现制冷和加热两种功能。
TEC热电制冷器的组成包括内部半导体P极、半导体N极和导电金属,以及顶层底层温度交换用的陶瓷基板所组成。单个热电制冷对的制冷能力有限,TEC一般有十几到几十个制冷对组合而成。单个TEC冷热端温差可达60~70℃,冷端温度达-20~-10℃,如果想获取的温差更大,冷端温度更低可将多个TEC堆叠使用。根据使用场景、方式的不同市面上可购买到各种形状的TEC。
分类:
TEC热电制冷器产品种类繁多,包括单级热电制冷器件、多级热电制冷器件、微型热电制冷器件、环形热电制冷器件等类型。
1、单级系列:根据生产工艺不同分为常规系列、大功率系列、高温系列及可循环系列产品,单极系列产品为标准TEC产品,其具有较高性能、较高可靠性、具有多种制冷量容量、几何形状和输入功率范围广,主要应用于工业、实验室设备、医疗、军工等领域。
2、多级系列:主要应用于温差较大即温度要求较低的领域,此类型TEC制冷功率较小,适用于需要中小制冷功率、大温差的场合。典型应用于IR-检测、CCD和光电领域。不同层叠方式的设计可以满足深度制冷的需求。此类致冷器能获得比单级TEC更大的温差。
3、微型系列:为满足高温及微小空间环境设计开发的。采用高性能热电材料的先进制作工艺所开发的产品。典型应用于光通讯行业的激光发射器、光接收器、泵浦激光器等产品。
4、环形系列:适用于中等制冷功率场合,该系列产品冷热侧陶瓷中心有一个圆形孔,以容纳光学、机械紧固或温度探针用的突出物。典型应用于工业、电器设备以及实验室和光电子设备等领域
与传统的机械制冷方式相比,热电制冷技术不需要任何制冷剂,是一种环境友好的固态制冷方式,具有体积小、重量轻、无振动、无噪音、控温精确、可靠性高、可在任意角度下工作等优点,甚至在某些应用领域,热电技术是重要的技术解决方案之一。
主动型制冷:热电制冷属于主动型制冷方式,可将对象冷却至环境温度以下,而这是普通散热器无法实现的。通过在真 空环境下使用多级热电冷却器,可以实现更低的温度,可低至-100°C。
点对点制冷:热电制冷结构小巧,可以实现很小空间或范围内的精确温度控制,甚至可以实现点制冷,这是其它制冷方式无法实现的。
高可靠:热电制冷无任何运动部件,可靠性高,可长时间工作而无需维护,适用于安装后不易拆卸或需要较长使用寿命的系统。
精准控温:热电制冷属于直流供电,且冷量调节方便,通过调节输入电流的大小,即可实现对冷量及温度的精确控制,实现优于0.01℃的温度控制稳定性。
制冷/加热:热电技术同时具有制冷和加热两种功能,同一系统只要改变电流方向即可实现冷却和加热两种模式。