热电（温差）致冷器在家庭制冷的利用

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最近厂里装了一台热电（温差）致冷器，结构很简洁，不过说明书也很简洁：（
) ^, ^+ O* Z& L- i( R　　热电致冷是热电效应主要是珀尔帖效应在制冷技术方面的应用。实用的热电致冷装置是由热电效应比较显著、热电致冷效率比较高的半导体热电偶构成的。
　　半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N 型材料有多余的电子，有负温差电势。P 型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P 型穿过结点至N 型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。
　　直接接触的热电偶电路在实际应用中不可用，所以用下图的连接方法来代替，实验证明，在温差电路中引入第三种材料（铜连接片和导线）不会改变电路的特性。
, o) z) P3 n" T: |/ W　　这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求。把一个P 型半导体元件和一个N 型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。
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　　在上面的接头处，电流方向是从N至P，温度下降并且吸热，这就是冷端；而在下面的一个接头处，电流方向是从P至N，温度上升并且放热，因此是热端。
: q& H" s- @' A  I' f! q　　按图中把若干对半导体热电偶对在电路上串联起来，而在传热方面则是并联的，这就构成了一个常见的制冷热电堆。按图示接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端。借助铝散热器等各种散热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是热电制冷器的工作原理。

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图1 油灯燃烧余热发电
) d* K' {( {. I# l* H/ k' r 图2 便携式热电冰箱
- T( B# t' ^+ l9 s) m' b+ y/ Z; d 图3 光纤接口的精确热电制冷
图4：汽车座椅的热电冷却
3 }1 e6 c+ ]5 ^4 D0 e0 N% k 图5：阿波罗17号的宇航员在月球表面向地球传送数据
2 |  I0 e9 [# D( m. Z图1是一个热电发电的例子，油灯燃烧产生的热量被转换成电能，可以供收音机使用。热电转换技术就是利用油灯上那个小小的装置神奇般地将热转换成了电，只需要一个热电元件便能实现，十分方便简单，没有过多的附件。图2是一个便携式热电冰箱，这种冰箱不需要制冷剂和压缩机，只要提供一个直流电源就能够制冷，并且体积也比传统冰箱小很多，特别适合家用汽车上使用。热电转换技术不使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，和太阳能、风能、水能等二次能源技术一样，对环境没有污染，并且这种技术性能可靠，使用寿命长，是一种具有广泛应用前景的环境友好型能量转换技术。

    其实，热电转换技术发展至今已有半个多世纪的历史了，而且正随着现代科学技术的不断进步而逐渐走入我们日常生活。热电饮水机、热电冰箱、热电空调都已经出现，并正在逐步推广。
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    目前，热电转换技术主要是应用在一些高技术领域，比如通信技术中光纤接口处的精确温控就是利用了热电致冷技术；微波通信技术中处于极地、沙漠、森林等无人地区的微波中继站的电源多数使用了热电发电技术。此外，诸如垃圾焚烧余热、炼钢厂的废热发电的研究也正在开展，并且有了一些应用，相信在不久的将来就能大规模地投入使用。 随着人们生活水平的不断提高，汽车已经作为现代家庭的重要交通工具开始步入普通的老百姓家中。汽车不仅给人们的生活带来了便利，同时汽车工业也推动了社会经济的不断前进。但是，伴随着汽车普及率的不断提高，人们对能源，特别是石油和天然气的需求越来越大，从而进一步加速了全球能源问题的恶化。与此同时，诸如汽车尾气等对环境的污染也给世界环境带来了一定的影响。科学家们一直在努力将热电转换技术应用于新型环保型汽车，利用汽车尾气的废热以及发动机的余热进行热电发电，为汽车提供辅助电源。另外，也可以将热电致冷技术应用在汽车座椅的温控(图4)以及汽车辅助空调等。这样，不仅可以大大提高汽车的综合性能，降低发动机能耗，同时还可以减少尾气中污染物的排放量，一举三得。有理论研究说，若能将热电发电技术应用于汽车中，可望节约能源20%。
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    十九世纪六十年代，人类便开始了征服太空的计划。从1969年的登月计划到2001年的火星探测，几十年中取得了很大的飞跃，这其中也有热电转换技术的一份功劳。利用热电转换技术，一枚硬币大小的放射性同位素热源就能够提供长达二十年以上的连续不断的电能，这是其它任何一种能源技术所不能比拟的。美国登月计划中“阿波罗”17号飞船就是使用了热电转换技术提供的电源从月球表面向地球成功地传送了数据，见图5，中央部分就是使用放射性同位素为热源的热电发电装置。到1990年为止，热电转换技术已成功应用于美国国家宇航局的二十多次太空飞行任务中，均取得了良好的效果，其中最长的工作时间超过了15年。
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    二十一世纪将是一个使用绿色能源为主的高技术时代，热电转换技术将随着社会的不断进步而向前发展，不断为社会、为人类做出更大贡献。相信在不久的将来，利用更为先进的热电转换技术，我们就能利用自己的体温进行发电，用来驱动风扇或者是给手机充电等等，这是多么奇妙的事情。未来的汽车将使用清洁能源，并利用热电发电和热电致冷技术来提供辅助电源和车载空调；利用工业废热，垃圾燃烧余热进行热电发电……到那时，人类将不再为能源危机而烦恼，不再为能源使用中所带来的环境污染而苦恼。

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热电致冷是热电效应主要是珀尔帖效应在制冷技术方面的应用。

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热电转换技术主要是应用在一些高技术领域，比如通信技术中光纤接口处的精确温控就是利用了热电致冷技术；微波通信技术中处于极地、沙漠、森林等无人地区的微波中继站的电源多数使用了热电发电技术。

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热电转换技术发展至今已有半个多世纪的历史了，而且正随着现代科学技术的不断进步而逐渐走入我们日常生活。热电饮水机、热电冰箱、热电空调都已经出现，并正在逐步推广。