热电冷却模块的应用

热电冷却模块应用

热电冷却应用产品的核心是热电冷却模块。根据热电堆的特性、弱点和应用范围，在选择热电堆时应确定以下问题：

1. 确定热电冷却元件的工作状态。根据工作电流的方向和大小，可以确定反应堆的冷却、加热和恒温性能。虽然最常用的是冷却方式，但也不应忽略其加热和恒温性能。

2、确定冷却时热端的实际温度。由于反应堆是温差装置，为了达到最佳冷却效果，反应堆必须安装在良好的散热器上。根据散热情况的好坏，确定冷却时反应堆热端的实际温度。需要注意的是，由于温度梯度的影响，反应堆热端的实际温度总是高于散热器的表面温度，通常相差几十分之一度，几度到十几度。同样，除了热端的散热梯度外，冷却空间和反应堆冷端之间也存在温度梯度。

3、确定反应堆的工作环境和气氛。这包括热电冷却模块（TEC模块）是在真空还是普通大气中工作，以及是在干燥氮气、静止空气还是流动空气中工作，并确定环境温度。在此基础上，需要考虑隔热（绝热）措施，并确定热泄漏的影响。

4. 确定热电元件的工作对象和热负载大小。除了热端温度的影响外，还需要在空载和绝热两种条件下确定TEC N、P元件能够达到的最低温度或最高温差。实际上，珀尔帖元件无法真正做到绝热，必须承受一定的热负载，否则其工作意义不大。

5. 确定热电模块（TEC模块，即珀尔帖元件）的等级。反应器系列的选择必须满足实际温差要求，也就是说，反应器的标称温差必须高于实际所需的温差，否则无法满足要求；但系列也不能过大，因为系列越大，反应器的价格就越高。

6. 热电N、P元件的规格。在选定珀尔帖器件的N、P元件系列后，即可选择珀尔帖N、P元件的规格，特别是珀尔帖冷却器N、P元件的工作电流。由于有多种反应器可以同时满足温差和制冷需求，但由于工作条件不同，通常选择工作电流最小的反应器，因为此时辅助功率成本较小。然而，反应器的总功率是决定性因素，在输入功率相同的情况下，降低工作电流必须提高电压（每对元件0.1V），因此元件数量的对数必须增加。

7. 确定N、P元件的数量。这是基于反应堆的总冷却功率来满足温差要求的，必须确保反应堆在运行温度下的冷却能力之和大于工作对象热负荷的总功率，否则无法满足要求。堆体的热惯性很小，空载时不超过一分钟，但由于负载惯性（主要由负载的热容引起），实际达到设定温度所需的时间远大于一分钟，甚至长达数小时。如果对运行速度的要求更高，则堆体的数量也会相应增加。热负荷的总功率由总热容加上热泄漏组成（温度越低，热泄漏越大）。

以上七个方面是选择热电模块N、P珀尔帖元件时需要考虑的一般原则，原始用户应首先根据要求选择热电冷却模块、珀尔帖冷却器、TEC模块。

（1）确认使用环境温度 Th ℃

（2）冷却空间或物体达到的低温 Tc ℃

（3）已知热负荷 Q（热功率 Qp，热泄漏 Qt）W

给定 Th、Tc 和 Q，可以根据热电冷却模块、珀尔帖冷却器、TEC 模块的特性曲线估算所需的热电冷却器 N、P 元件和 TEC N、P 元件的数量。