熱電制冷器件
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
熱電制冷器件的實(shí)例教程
微觀結(jié)構(gòu)演變的原理圖、改進(jìn)的熱電性能、模塊的冷卻性能。A：燒結(jié)溫度對樣品組織結(jié)構(gòu)的影響示意圖，B：超細(xì)晶和多孔結(jié)構(gòu)對MgAgSb晶格熱導(dǎo)率的降低效果，C：超細(xì)晶和多孔結(jié)構(gòu)MgAgSb與其他方式優(yōu)化MgAgSb材料的熱電優(yōu)值對比，D：制備的熱電制冷器件與目前最先進(jìn)制冷器件的最大溫差對比，E：制備的熱電制冷器件與目前最先進(jìn)制冷器件的最大COP對比。
圖2. 在473 K條件下燒結(jié)的樣品微觀結(jié)構(gòu)表征圖。
圖3. 熱性能分析。
圖4. 電輸運(yùn)性能和優(yōu)良熱點(diǎn)效率。
END
★ 平臺聲明
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展開 來源 | Science，北航新聞網(wǎng)
01
背景介紹
熱電技術(shù)已廣泛應(yīng)用于廢熱回收和固態(tài)制冷等關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，熱電制冷是利用帕爾帖效應(yīng)直接將電能轉(zhuǎn)換為熱能的綠色制冷技術(shù)，僅通過調(diào)節(jié)工作電壓和電流就可以實(shí)現(xiàn)對制冷量和溫度的連續(xù)高精度控制。熱電制冷技術(shù)由于其控溫精準(zhǔn)、尺寸靈活、結(jié)構(gòu)多樣和局部冷卻等眾多優(yōu)勢，在精確制導(dǎo)、傳感器和5G光模塊等關(guān)鍵領(lǐng)域具有比傳統(tǒng)的機(jī)械壓縮式制冷技術(shù)更強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。因此，研發(fā)高性能制冷材料，提升制冷器件的制冷效率，對于諸多科技自立自強(qiáng)等關(guān)鍵領(lǐng)域的精確溫控具有重要意義。
器件的制冷效率主要由材料的無量綱熱電性能優(yōu)值（ZT值）決定。由ZT值的定義ZT = (S2σ/κ) T 可知，在給定溫度T下，高性能材料應(yīng)具有大的溫差電動勢S（產(chǎn)生大的電壓），高的電導(dǎo)率σ（減小焦耳熱損耗）和低的熱導(dǎo)率κ（產(chǎn)生大的溫差）。然而各個物理參數(shù)之間的復(fù)雜聯(lián)系形成了緊密的聲子-電子耦合關(guān)系，使得熱電材料的性能優(yōu)化極其具有挑戰(zhàn)性，調(diào)控這些強(qiáng)烈耦合的復(fù)雜熱電參數(shù)是提高材料ZT值和制冷效率的關(guān)鍵。
目前，碲化鉍（Bi2Te3）基材料仍為唯一的可應(yīng)用的熱電制冷材料，然而Te元素的地殼稀缺程度等同于白金（且光伏材料CdTe占據(jù)一半市場份額），再且 Bi2Te3及熱電制冷器件存在可加工性能差、制冷性能不足和運(yùn)行功耗過高等問題，探索和開發(fā)新型熱電制冷材料及器件至關(guān)重要。
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_601" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202109/fcc354a7a88e422792ca5f6fbd216694.png"></p></div><p>電卡制冷技術(shù)在穿戴熱管理、電池?zé)峁芾怼⑿酒粺峁芾怼⑿履茉雌嚐峁芾淼却鬈囯姵責(zé)峁芾碇械膽?yīng)用。</p><p> 此次采用Comsol傳熱和電流模塊結(jié)合弛豫鐵電納米復(fù)合物的介電熵變方程來描述電卡器件的制冷仿真，上下兩端耦合熱電器件進(jìn)行控溫和熱絕緣。</p><p><br></p><p>熱電+電卡制冷溫度分布動圖：</p>
</div><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/ab5e1eb5551e4737a5630b168bd2cba4.gif" title="動畫.gif" alt="動畫.gif" style="max-width: 760px; width: 548px; height: 388px;" width="548" height="388" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202109/ab5e1eb5551e4737a5630b168bd2cba4.gif?
展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（五）-熱電制冷器
CAE白堤
熱電制冷器
熱電制冷器（thermoelectric cooler）TEC，就像一個偏平三明治，即兩塊板夾著一個P-N結(jié)連接電路。其利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)進(jìn)行制冷或者制熱。帕爾貼效應(yīng)是指當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體和一塊P型半導(dǎo)體連接成電偶時，并且在串聯(lián)的閉合回路中通以直流電流時，在其兩端的節(jié)點(diǎn)將分別產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。當(dāng)然除了帕爾貼效應(yīng)外，這過程中還涉及賽貝克效應(yīng)、焦耳熱效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)等。
冷端吸收的凈熱量：
熱電制冷器簡化
直接簡化為立方體，并設(shè)置其對應(yīng)參數(shù)；
注：TEC的冷端和熱端默認(rèn)不受用戶定義的邊界條件的限制；
作為軟件特殊計算處理，在計算結(jié)果中顯示為絕緣體；
尤其冷熱端的溫差必須在TEC運(yùn)行范圍內(nèi)；
文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計圈主編，就職于國內(nèi)某知名企業(yè)，主要從事熱設(shè)計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學(xué)習(xí)者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結(jié)交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠(yuǎn)矣，我將上下而求索。
展開 為了解決溫度升高和能耗問題，提出了一種基于帕爾貼效應(yīng)的熱管理方案，利用七個熱電制冷器和十九個電阻加熱片組成的主動補(bǔ)償系統(tǒng)來校正反射鏡面形。本文還提出了一個包含了帕爾貼效應(yīng)的修正反射鏡面形補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型。通過優(yōu)化施加到熱電制冷器的電流和電阻加熱片上的熱通量，結(jié)果顯示最大溫度和變形都有顯著降低。高度誤差RMS降低到亞納米級別，斜率誤差RMS降低到100 nrad以下。與REAL方案相比，能耗減少了57%以上，證實(shí)了使用熱電制冷器對于降低能耗是有效的。</p><p><br></p><p><strong>挑戰(zhàn)/需求</strong></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202601/attachment/50bab90277ae4292b491fb3934e72a0a.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/50bab90277ae4292b491fb3934e72a0a.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/50bab90277ae4292b491fb3934e72a0a.png?
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來源 | Small
01
背景介紹
自19世紀(jì)塞貝克、珀爾蒂埃和湯姆森效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來，熱電材料因其在建設(shè)節(jié)能世界方面的巨大價值而引起了科學(xué)家和工程師的興趣。TE材料可以通過溫度產(chǎn)生電能梯度，反之亦然。雖然全球三分之二的能源消耗被浪費(fèi)為熱量，但通過收集廢熱，TE設(shè)備(TEDs)可以成為提高能源效率的潛在解決方案。TEDs
A：燒結(jié)溫度對樣品組織結(jié)構(gòu)的影響示意圖，B：超細(xì)晶和多孔結(jié)構(gòu)對MgAgSb晶格熱導(dǎo)率的降低效果，C：超細(xì)晶和多孔結(jié)構(gòu)MgAgSb與其他方式優(yōu)化MgAgSb材料的熱電優(yōu)值對比，D：制備的熱電制冷器件與目前最先進(jìn)制冷器件的最大溫差對比，E：制備的熱電制冷器件與目前最先進(jìn)制冷器件的最大COP對比。
圖2.
目前，碲化鉍（Bi2Te3）基材料仍為唯一的可應(yīng)用的熱電制冷材料，然而Te元素的地殼稀缺程度等同于白金（且光伏材料CdTe占據(jù)一半市場份額），再且 Bi2Te3及熱電制冷器件存在可加工性能差、制冷性能不足和運(yùn)行功耗過高等問題，探索和開發(fā)新型熱電制冷材料及器件至關(guān)重要。
<p>開放群：566811107（資料多，不僅限交流）</p><p>群一：836281296</p><p>群二：594368389 </p><p>群三：1080606488 </p><p>群四： 678357196 </p><p>我的qq： 209870384有興趣的可以加我，交流模型。 </p><p
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（五）-熱電制冷器
CAE白堤
熱電制冷器
熱電制冷器（thermoelectric cooler）TEC，就像一個偏平三明治，即兩塊板夾著一個P-N結(jié)連接電路。其利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)進(jìn)行制冷或者制熱。帕爾貼效應(yīng)是指當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體和一塊P型半導(dǎo)體連接成電偶時，并且在串聯(lián)的閉合回路中通以直流電流時，在其兩端的節(jié)點(diǎn)將分別產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。當(dāng)然除了帕爾貼效應(yīng)外
