商业热电冷却器-散热器装配(Marlow)散热器多级TEC
热电冷却器
商业热电冷却器-散热器装配(Melcor)
Heat SinkMulti-stage TEC

Seebeck系数
MaterialTypeSeebeck Coeff. (α)(V/CX1e-6)Iron/Copper-nickelJ52.68Nichrome/nickel-aluminumK40.95Nichrome/copper-

nickelE63.17Platinum-10% rhodium/platinumS6.45Platinum-13% rhodium/platinumR6.47

可用来制作节点的材料有:
–bismuth telluride (Bi2Te3)
–lead telluride (PbTe), and
–silicon-germanium (SiGe)
这些材料中, bismuth telluride在电子散热问题温度范围内性能最好,应用最广泛
热电冷却器(TEC)由放置一系列的热电对构成,可以放置一个到几百个,, 关于电的以串联的形式,而关于热的那个在两个作为电绝缘体的金

属处理的热导陶瓷之间并联放置
TEC可以制作成各种大小,外形并具有不同的操作电流

最小的TEC可以做到小于1 立方英寸
典型商用TEC可以做到20 到30立方英寸
TEC可以是单级的,也可以是多级的
多级TEC可由两个或多个单级TEC堆砌构成
当要求的ΔT (=Th-Tc)小于55 C时,单级的TEC就足够了
如果ΔT 大于55 C时, 则必须使用多级TEC
热电冷却器
热电冷却器必须和散热器相连:
–否则会损坏
散热器的热量必须以各种方式带走:自然对流散热,强迫对流散热,或液体冷却
TEC可用以下三种方式安装在散热器上:
–粘合
–热涂料
–焊接
一般,TEC为陶瓷底板,厚度为了19 mm或更小,则可以使用焊接或粘合的方法进行安装而不用考虑热应力

热电冷却器
如果TEC 的陶瓷底板厚于19 mm, 则必须使用热涂料的方法安装
TEC可以由FOM来决定其优劣:
FOM = αs2/(ρTEKTE)
FOM = figure of merit in 1/C
αs= Seebeck系数
ρTE= TEC 电阻系数
kTE= TEC 电导率
TEC的性能系数(COP) 的定义如下:
COP = 泵出的热量/ 输入功率= QC/(IV)
最优COP由下次给出:
COPOPT= -0.5 + (TAV*(F0.5-1))/(ΔT*(F0.5+1))
F = 1+FOM*TAV
TAV= 0.5*(TH+ TC)
热电冷却器

Bismuth Telluride温度相关的材料参数
αS= (α0 + α1 x TAV+ α2 x TAH^2) x 10-9 (volts / Kelvin)
α0 = 22224.0
α1 = 930.6
α2 = -0.9905
ρTE= (ρ0 + ρ1 x TAV+ ρ2 x TAV^2) x 10-8 (ohm cm)
ρ0 = 5112.0
ρ1 = 163.4
ρ2 = 0.6279
kTE= (k0 + k1 x TAV+ k2 x TAV^2) x 10-6 (watt / (cm Kelvin))
k0 = 62605.0
k1 = -277.7
k2 = 0.4131
热电冷却器
通过TEC的热可由下式计算:
Q = 2 kTENΔTG
Q = 功率
KTE= TEC热导率W/C-m
N = 对数
ΔT = 温度差C = TH-TC
G = TEC面积/长度比值m
TH= 热面温度
TC= 冷面温度
TEC内部的焦耳热:
QJoule= 2NρΤΕI2/G
冷面吸收的热量:
QC= -2NαITC

热面释放的热量:
QH= 2NαITH
TEC内部产生的热量:
QH= 2N(αIΔT + ρΤΕI2/G)
从冷面泵出的热量:
QC= 2N(αITC-ρΤΕI2/G -kTEΔTG)
TEC上的电压:
V = 2N[(IρTE/G) + (αΔT)]
最大电流强度:
IMAX= (kTEG/αs)[(1+(2FOMT))2-1]

最优电流值:
Iopt= kTEΔTG(1+(1+FOM*TAV)0.5)/(αsTAV)
TAV= (TH+ TC)/2
TH= 热面温度K
TC= 冷面温度K
ΔT = 温差C
TEC的有效导热率:
Keff= 2NkTEGt/A
最优操作点, TEC 可以在最大电流的75-80% 附近工作
–否则,热电冷却器的效率很低,由于有很大的内部焦耳热产生(Joule heating = I2R)

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