热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应：傅立叶(Fourier)效应、焦耳(Joule)效应、塞贝克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
热电制冷的机理完全不同于蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷。它是以温差电现象为基础的制冷方法。
一、热电制冷的特点
(1)结构简单
整个制冷器由热电堆和导线连接而成，没有任何机械运动部件，因而无噪声、无摩擦、可靠性高、寿命长，而且维修方便。
(2)体积小
特别在小体积、小负荷的用冷场合，使用热电制冷有其独到的好处。
(3)启动快、控制灵活
只要接通电源，即可迅速制冷。冷却速度和制冷温度都可以通过调节工作电流简单而方便池实现。
(4)操作具有可逆性
既可以用来制冷，又可以改变电流方向用于制热，因而可以用来制做高于室温到低于室温范围内的和恒温器。
(5)主要缺点是效率低，耗电多
由于缺少更好的半导体材料.限制了它的发展。另外，半导体电堆的元件价格很高。综合效率和价格比的因素：在大容量情况下，势电制冷的效率不及蒸气压缩式制冷、价格昂贵。但是蒸气压缩式制冷机的效率随容量的减小而下降，而热电制冷的效率与容量大小无关：且压缩机也不可能做得过于小.而热电制冷小到可以仅由一对基本电偶组成。产冷量在20w以下，温差不超过;50度时、热电制冷的效车高于压缩式制冷。
二、热电制冷的应用
需要微型制冷的场合，热电制冷会发挥很好的作用。它在国防、科研、医疗卫生等领域广泛地用作电子器件、仪表的冷却器，或用在低温测仪、器械中，或制作小型恒温器等。
1.热电制冷在电子元件上的应用
使用条件严格、对温度反应敏感的电子元器件，必须保证它们在低温或恒定的温度条件下工作，才能发挥其性能。例如：红外探测器需要在低温下才能有高灵敏度和探测率。硫化铅、硒化铅红外控测器在-10℃时的响应比20℃时的响应要高出几倍;在-78℃时，其探测率可以提高一个数量级。为此用途的热电制冷器，一种是由4级电堆组成，在真空中输入功率10w，达到-95℃的低温，而制冷器本身仅有750g重，连散热器、电风扇加在一起的体积也只有。另一种是二级电堆组成，耗电6w，冷却硫化铅红外探测器，使其讯噪比提高许多倍。
许多电子元件要求在恒温条件下工作，例如电阻、电容、电感、晶体管、石英晶体管等。用热电制冷方法制做恒温器，为它们提供恒温器的温度控制简单、精确。用热敏电阻作感温件，它们的温控精度可达±0.05℃。
在标准电器(电池、电容)标定测量中，需要超级恒温槽。采用热电制冷制作，其恒温控制精度可达0.005℃。
2.热电制冷在畜牧业和医学上的应用
在畜牧业中热电制冷主要用于储存良种畜的精液。动物的精子在室温下很快会死亡;在0℃时可存活几天;在-78℃时则可存活几年。因而用热电制冷的冷藏瓶在低温下保存和输送动物精液十分方便。
热电制冷在医学上的应用更为广泛。例如：在外科小手术中，用热电制冷器对浅表的腔壁很薄的小脓肿施行冷冻麻醉，然后可以简单、安全地施行切开排脓手术。又如冷冻止血、冷冻切除白内障等。组织切片中用热电制冷器，设备简单、小巧、降温快，大大缩短制片时间，并能提高制片质量。热电制冷器还是低温手术的冷却设备。用热电制冷器做成降温帽用于为患者头部降温。药用热电冷藏箱，容积在10~20L时，经济性比机械式制冷好，用于保存血桨、疫苗、血清、药品等。生物试验用的小型恒温槽也是采用热电制冷方式。
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