赵 举 陈 曦

(上海理工大学制冷技术研究所 上海 200093)

热电制冷，又称半导体制冷，是帕尔帖效应在制冷方面的应用［1］。热电制冷器具有无污染、无运动部件、体积小、无振动、操作简便、温控精度高等优点，已经被广泛应用于国防、工业、医疗、商业和日常生活中。通常情况下，单级热电制冷器只能得到70 K的最大温差，而且工作在大温差条件下，制冷工况迅速恶化，制冷效率降低。因此，为了得到更大的温差和良好的COP，通常采用多级热电制冷器。

多级热电制冷器温差大，即使在大温差下工作也有较好的COP，由于其独具的优势，国内外学者对其进行了深入的研究。美国IBM托马斯·沃森研究中心的C．C Tsuei和德国 Universitat Tubingen的 R．P．Huebener对四级热电制冷器进行了测试研究，在热端温度282 K的情况下使冷端达到了149 K［2］。新加坡国立大学的X C Xuan对多级热电制冷器进行了实验测试和优化设计，用实验数据说明了采用分离电流的热电制冷器具有较大的制冷能力和更高的COP［3］。ANSYS 公司的 Elena E．Antonova、David C．Looman采用ANSYS Thermal-Electric模块模拟了单级和多级热电制冷器，发现模拟结果与实验测试结果相符，为热电制冷器的模拟分析设计提供了数值模拟工具［4］。美国 RTI公司的 GARY E．BULMAN，ED SIIVOLA等人设计了一种三级热电制冷器，这种制冷器采用Bi2Te3和Sb2Te3的超晶格薄膜材料，通过控制各级的电流，可得到102K的最大温差［5］。密歇根大学的 G．S．Hwang，A．J．Gross，H．Kim 等人设计了六级平板型热电制冷器来冷却MEMS装置，在68 mW负荷下达到了51K的温差［6］。海军工程学院的罗军等运用有限时间热力学理论分析了冷端换热面积与热端换热面积之比、热电对对数和热电材料的各参数对热电制冷器制冷性能的影响［7］。……