थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन

ताप विद्युत कूलिंग दो अलग-अलग प्रकार की सामग्रियों के जंक्शन पर गर्मी प्रवाह बनाने के लिए पेल्टियर प्रभाव का उपयोग करती है। पेल्टियर कूलर, हीटर, या थर्मोइलेक्ट्रिक  गर्मी पंप  एक  भौतिक विज्ञान की ठोस अवस्था |सॉलिड-स्टेट सक्रिय हीट पंप है जो विद्युत ऊर्जा की खपत के साथ, करंट की दिशा के आधार पर, डिवाइस के एक तरफ से दूसरी तरफ गर्मी स्थानांतरित करता है। ऐसे उपकरण को पेल्टियर डिवाइस, पेल्टियर हीट पंप, सॉलिड स्टेट रेफ्रिजरेटर, या थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (टीईसी) और कभी-कभी थर्मोइलेक्ट्रिक बैटरी भी कहा जाता है। इसका उपयोग गर्म करने या ठंडा करने के लिए किया जा सकता है, हालाँकि व्यवहार में मुख्य अनुप्रयोग शीतलन है। इसका उपयोग तापमान नियंत्रक के रूप में भी किया जा सकता है जो या तो गर्म करता है या ठंडा करता है।

यह तकनीक वाष्प-संपीड़न प्रशीतन की तुलना में प्रशीतन पर बहुत कम लागू होती है। वाष्प-संपीड़न रेफ्रिजरेटर की तुलना में पेल्टियर कूलर के प्राथमिक लाभ इसके चलने वाले हिस्सों या परिसंचारी तरल की कमी, बहुत लंबे जीवन, लीक के प्रति असुरक्षा, छोटे आकार और लचीले आकार हैं। इसका मुख्य नुकसान किसी दी गई शीतलन क्षमता के लिए उच्च लागत और खराब बिजली दक्षता (प्रदर्शन या सीओपी का कम गुणांक) है। कई शोधकर्ता और कंपनियां पेल्टियर कूलर विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं जो सस्ते और कुशल हों। (थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री देखें।)

पेल्टियर कूलर का उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के रूप में भी किया जा सकता है। जब इसे कूलर के रूप में संचालित किया जाता है, तो डिवाइस पर एक वोल्टेज लागू होता है, और परिणामस्वरूप, दोनों पक्षों के बीच तापमान में अंतर पैदा हो जाएगा। जब जनरेटर के रूप में संचालित किया जाता है, तो डिवाइस का एक पक्ष दूसरे पक्ष की तुलना में अधिक तापमान तक गर्म हो जाता है, और परिणामस्वरूप, दोनों पक्षों (सीबेक प्रभाव) के बीच वोल्टेज में अंतर पैदा हो जाएगा। हालाँकि, अलग-अलग डिज़ाइन और पैकेजिंग आवश्यकताओं के कारण, एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया पेल्टियर कूलर एक औसत दर्जे का थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर होगा और इसके विपरीत।

परिचालन सिद्धांत


थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर पेल्टियर प्रभाव (थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव बनाने वाली तीन घटनाओं में से एक) द्वारा संचालित होते हैं। एक थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल तीन घटकों से बना है; कंडक्टर, पैर और सब्सट्रेट, और इनमें से कई मॉड्यूल विद्युत रूप से श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, लेकिन थर्मल रूप से समानांतर में जुड़े हुए हैं। जब डिवाइस के माध्यम से एकदिश धारा प्रवाहित होता है, तो यह एक तरफ से दूसरी तरफ गर्मी लाता है, जिससे एक तरफ ठंडा हो जाता है जबकि दूसरा गर्म हो जाता है।

गर्म भाग को हीट सिंक से जोड़ा जाता है ताकि यह परिवेश के तापमान पर बना रहे, जबकि ठंडा भाग कमरे के तापमान से नीचे चला जाता है। विशेष अनुप्रयोगों में, कम तापमान के लिए कई कूलरों को एक साथ कैस्केड या स्टेज किया जा सकता है, लेकिन समग्र दक्षता (सीओपी) काफी कम हो जाती है। किसी भी प्रशीतन चक्र का अधिकतम सीओपी अंततः वांछित (ठंडा पक्ष) और परिवेश (गर्म पक्ष) तापमान (हीट सिंक का तापमान) के बीच अंतर से सीमित होता है। तापमान अंतर (डेल्टा) जितना अधिक होगा, अधिकतम सैद्धांतिक सीओपी उतना ही कम होगा।

डिज़ाइन
दो अद्वितीय अर्धचालक, एक एन-प्रकार (अर्धचालक)|एन-प्रकार और एक पी-प्रकार (अर्धचालक)|पी-प्रकार, का उपयोग किया जाता है क्योंकि उन्हें अलग-अलग इलेक्ट्रॉन घनत्व की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक पी और एन-प्रकार अर्धचालक स्तंभों को थर्मल रूप से एक दूसरे के समानांतर और विद्युत रूप से श्रृंखला में रखा जाता है और फिर प्रत्येक तरफ एक थर्मल संचालन प्लेट के साथ जोड़ा जाता है, आमतौर पर सिरेमिक, एक अलग इन्सुलेटर की आवश्यकता को हटा देता है। जब दो अर्धचालकों के मुक्त सिरों पर वोल्टेज लगाया जाता है तो अर्धचालकों के जंक्शन पर डीसी करंट का प्रवाह होता है, जिससे तापमान में अंतर होता है। कूलिंग प्लेट वाला हिस्सा गर्मी को अवशोषित करता है जिसे फिर सेमीकंडक्टर द्वारा डिवाइस के दूसरी तरफ ले जाया जाता है।

कुल इकाई की शीतलन क्षमता तब सभी स्तंभों के कुल क्रॉस सेक्शन के समानुपाती होती है, जो व्यावहारिक स्तर तक आवश्यक वर्तमान को कम करने के लिए अक्सर श्रृंखला में विद्युत रूप से जुड़े होते हैं। खंभों की लंबाई लंबे खंभों के बीच एक संतुलन है, जिसके किनारों के बीच अधिक थर्मल प्रतिरोध होगा और कम तापमान तक पहुंचने की अनुमति होगी लेकिन अधिक प्रतिरोधी हीटिंग उत्पन्न होगी, और छोटे खंभे, जिनमें अधिक विद्युत दक्षता होगी लेकिन थर्मल चालन द्वारा गर्म से ठंडे पक्ष में अधिक गर्मी का रिसाव होगा। बड़े तापमान अंतर के लिए, लंबे खंभे अलग-अलग, उत्तरोत्तर बड़े मॉड्यूल को ढेर करने की तुलना में बहुत कम कुशल होते हैं; मॉड्यूल बड़े हो जाते हैं क्योंकि प्रत्येक परत को उपरोक्त परत द्वारा स्थानांतरित गर्मी और परत की अपशिष्ट गर्मी दोनों को हटाना होगा।

सामग्री
थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के लिए आवश्यकताएँ:
 * कमरे के तापमान पर संचालन के कारण संकीर्ण बैंड-गैप अर्धचालक;
 * उच्च विद्युत चालकता (विद्युत प्रतिरोध को कम करने के लिए, अपशिष्ट ताप का एक स्रोत);
 * कम तापीय चालकता (ताकि गर्मी गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर वापस न आए); यह आमतौर पर भारी तत्वों में तब्दील होता है
 * बड़ी इकाई कोशिका, जटिल संरचना;
 * अत्यधिक अनिसोट्रोपिक या अत्यधिक सममित;
 * जटिल रचनाएँ।

उच्च दक्षता वाली टीईसी प्रणालियों के लिए उपयुक्त सामग्रियों में कम तापीय चालकता और उच्च विद्युत चालकता का संयोजन होना चाहिए। विभिन्न सामग्री संयोजनों के संयुक्त प्रभाव की तुलना आमतौर पर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री #ZT नामक योग्यता के आंकड़े का उपयोग करके की जाती है, जो सिस्टम की दक्षता का एक माप है। ZT के लिए समीकरण नीचे दिया गया है, जहाँ $$\alpha$$ सीबेक गुणांक है, $$\sigma$$ विद्युत चालकता है और $$\kappa$$ तापीय चालकता है.

$$\Z\Tau=(\alpha^2\sigma\Tau)/\kappa$$ ऐसी कुछ सामग्रियां हैं जो टीईसी अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं क्योंकि थर्मल और विद्युत चालकता के बीच संबंध आमतौर पर एक सकारात्मक सहसंबंध होता है। बढ़ी हुई विद्युत चालकता के साथ कम तापीय परिवहन में सुधार सामग्री विज्ञान अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है। अर्धचालक के रूप में उपयोग की जाने वाली सामान्य थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में बिस्मथ टेलुराइड, सीसा टेलुराइड, सिलिकॉन-जर्मेनियम और बिस्मथ एंटीमोनाइड मिश्र धातु शामिल हैं। इनमें से बिस्मथ टेलुराइड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग के लिए नई उच्च-प्रदर्शन सामग्री पर सक्रिय रूप से शोध किया जा रहा है। दशकों से, विस्मुट, टेल्यूरियम और उनके रासायनिक यौगिक जैसे संकीर्ण बैंडगैप अर्धचालकों का उपयोग थर्मोकपल की सामग्री के रूप में किया जाता रहा है। मिल्ड्रेड ड्रेसेलहॉस | टैंग-ड्रेसेलहॉस सिद्धांत ने प्रस्तावित किया कि इंजीनियर्ड नैनोस्ट्रक्चरिंग के साथ व्यापक बैंडगैप सेमीकंडक्टर पेल्टियर कूलिंग के प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं। एस हुआंग तांग ने मैसाचुसेट्स की तकनीकी संस्था और आईबीएम में आगे बताया है कि कार्बन आधारित अर्धचालक या अर्धधातु सामग्री का उपयोग परिवर्तनीय थर्मल उपकरणों के रूप में किया जा सकता है, जो निष्क्रिय कंडक्टर और पेल्टियर कूलर दोनों का प्रदर्शन करते हैं, जब एकीकृत सर्किट के साथ एम्बेडेड होते हैं, खासकर उपग्रहों, अंतरिक्ष शटल और पनडुब्बियों जैसे कुछ विशेष परिस्थितियों में।

पहचान एवं विशेषताएँ
अधिकांश थर्मोइलेक्ट्रिक कूलरों में ठंडे हिस्से पर एक आईडी मुद्रित होती है।

ये सार्वभौमिक आईडी स्पष्ट रूप से आकार, चरणों की संख्या, जोड़ों की संख्या और एम्प्स में वर्तमान रेटिंग को दर्शाती हैं, जैसा कि आसन्न चित्र में देखा गया है। बहुत सामान्य Tec1-12706, 40 मिमी आकार का वर्ग और 3-4 मिमी ऊंचा, कुछ डॉलर में पाया जाता है, और 60 W के आसपास घूमने या 6 ए करंट के साथ 60 डिग्री सेल्सियस तापमान अंतर उत्पन्न करने में सक्षम के रूप में बेचा जाता है। उनका विद्युत प्रतिरोध 1-2 ओम परिमाण का होगा।

ताकत और कमजोरियाँ
कम कार्बन उत्सर्जन और विनिर्माण में आसानी सहित टीईसी पर आगे के शोध को प्रेरित करने वाले कई कारक हैं। हालाँकि, कई चुनौतियाँ सामने आई हैं।

लाभ
टीईसी प्रणालियों का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि उनमें कोई गतिशील भाग नहीं होता है। यांत्रिक घिसाव की कमी और यांत्रिक कंपन और तनाव से थकान और फ्रैक्चर के कारण विफलता की घटनाएं कम हो जाती हैं, जिससे सिस्टम का जीवनकाल बढ़ जाता है और रखरखाव की आवश्यकताएं कम हो जाती हैं। वर्तमान प्रौद्योगिकियां परिवेश के तापमान पर विफलताओं (एमटीबीएफ) के बीच का औसत समय 100,000 घंटे से अधिक दिखाती हैं। यह तथ्य कि टीईसी प्रणालियाँ वर्तमान-नियंत्रित हैं, लाभों की एक और श्रृंखला की ओर ले जाती हैं। चूँकि ऊष्मा का प्रवाह लागू DC धारा के सीधे आनुपातिक होता है, विद्युत धारा की दिशा और मात्रा के सटीक नियंत्रण से ऊष्मा को जोड़ा या हटाया जा सकता है। उन तरीकों के विपरीत जो प्रतिरोधी हीटिंग या शीतलन विधियों का उपयोग करते हैं जिनमें गैसें शामिल होती हैं, टीईसी गर्मी के प्रवाह (नियंत्रण के तहत सिस्टम के अंदर और बाहर दोनों) पर समान स्तर के नियंत्रण की अनुमति देता है। इस सटीक द्विदिश ताप प्रवाह नियंत्रण के कारण, नियंत्रित प्रणालियों का तापमान एक डिग्री के अंश तक सटीक हो सकता है, जो अक्सर प्रयोगशाला सेटिंग्स में मिलि केल्विन (एमके) की सटीकता तक पहुंच जाता है। टीईसी उपकरण अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में आकार में भी अधिक लचीले होते हैं। इनका उपयोग पारंपरिक रेफ्रिजरेटर की तुलना में कम जगह या अधिक गंभीर परिस्थितियों वाले वातावरण में किया जा सकता है। उनकी ज्यामिति को अनुकूलित करने की क्षमता बहुत छोटे क्षेत्रों में सटीक शीतलन प्रदान करने की अनुमति देती है। ये कारक उन्हें मांगलिक आवश्यकताओं वाले वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में एक आम पसंद बनाते हैं जहां लागत और पूर्ण ऊर्जा दक्षता प्राथमिक चिंताएं नहीं हैं।

टीईसी का एक अन्य लाभ यह है कि यह अपने संचालन में रेफ्रिजरेंट का उपयोग नहीं करता है। उनके चरणबद्ध होने से पहले कुछ शुरुआती रेफ्रिजरेंट, जैसे क्लोरोफ्लोरोकार्बन (सीएफसी) ने ओजोन रिक्तीकरण में महत्वपूर्ण योगदान दिया। आज उपयोग किए जाने वाले कई रेफ़्रिजरेंट  का ग्लोबल वार्मिंग क्षमता के साथ महत्वपूर्ण पर्यावरणीय प्रभाव भी पड़ता है या अन्य सुरक्षा जोखिम अपने साथ रखें।

नुकसान
टीईसी सिस्टम में कई उल्लेखनीय नुकसान हैं। सबसे महत्वपूर्ण पारंपरिक वाष्प-संपीड़न प्रणालियों की तुलना में उनकी सीमित ऊर्जा दक्षता और कुल ताप प्रवाह (गर्मी प्रवाह) पर बाधाएं हैं जो वे प्रति इकाई क्षेत्र उत्पन्न करने में सक्षम हैं। इस विषय पर नीचे प्रदर्शन अनुभाग में आगे चर्चा की गई है।

प्रदर्शन
पेल्टियर (थर्मोइलेक्ट्रिक) प्रदर्शन परिवेश के तापमान, गर्म और ठंडे साइड उष्मा का आदान प्रदान करने वाला  ( ताप सिंक ) प्रदर्शन, थर्मल लोड, पेल्टियर मॉड्यूल (थर्मोपाइल) ज्यामिति और पेल्टियर विद्युत मापदंडों का एक कार्य है। स्थानांतरित की जा सकने वाली ऊष्मा की मात्रा धारा और समय के समानुपाती होती है।
 * $$Q = PIt$$, जहां P पेल्टियर गुणांक है, I वर्तमान है, और t समय है। पेल्टियर गुणांक तापमान और उस सामग्री पर निर्भर करता है जिससे कूलर बना है। 10 वाट प्रति एम्पीयर का परिमाण सामान्य है, लेकिन इसकी भरपाई दो घटनाओं से होती है:


 * ओम के नियम के अनुसार, एक पेल्टियर मॉड्यूल स्वयं अपशिष्ट ताप उत्पन्न करेगा,
 * $$Q_{waste} = RI^2 t$$, जहां R विद्युत प्रतिरोध है।


 * मॉड्यूल के अंदर तापीय संचालन द्वारा ऊष्मा भी गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर चली जाएगी, एक प्रभाव जो तापमान अंतर बढ़ने के साथ मजबूत होता जाता है।

नतीजा यह होता है कि जैसे-जैसे तापमान का अंतर बढ़ता है, गर्मी प्रभावी रूप से कम हो जाती है और मॉड्यूल कम कुशल हो जाता है। तापमान में अंतर तब आता है जब अपशिष्ट गर्मी और वापस जाने वाली गर्मी स्थानांतरित गर्मी पर काबू पा लेती है, और मॉड्यूल इसे और ठंडा करने के बजाय ठंडे पक्ष को गर्म करना शुरू कर देता है। एक सिंगल-स्टेज थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर आम तौर पर अपने गर्म और ठंडे पक्षों के बीच अधिकतम 70 डिग्री सेल्सियस का तापमान अंतर पैदा करेगा। प्रदर्शन के साथ एक और मुद्दा उनके फायदों में से एक का प्रत्यक्ष परिणाम है: छोटा होना। इस का मतलब है कि:


 * गर्म पक्ष और ठंडा पक्ष एक-दूसरे के बहुत करीब (कुछ मिलीमीटर दूर) होंगे, जिससे गर्मी को ठंडे पक्ष में वापस जाना आसान हो जाएगा, और गर्म और ठंडे पक्ष को एक-दूसरे से अलग करना कठिन हो जाएगा।
 * एक सामान्य 40 मिमी × 40 मिमी 60 डब्ल्यू या अधिक उत्पन्न कर सकता है - यानी, 4 डब्ल्यू/सेमी2या अधिक - गर्मी को दूर करने के लिए एक शक्तिशाली रेडिएटर की आवश्यकता होती है

प्रशीतन अनुप्रयोगों में, थर्मोइलेक्ट्रिक जंक्शनों में पारंपरिक साधनों (वाष्प संपीड़न प्रशीतन) की तुलना में लगभग 1/4 दक्षता होती है: वे आदर्श कार्नोट चक्र रेफ़्रिजरेटर  की लगभग 10-15% दक्षता (1.0-1.5 का सीओपी) प्रदान करते हैं, जबकि पारंपरिक संपीड़न-चक्र प्रणालियों (संपीड़न/विस्तार का उपयोग करके रिवर्स रैंकिन चक्र प्रणाली) द्वारा प्राप्त 40-60% की तुलना में। इस कम दक्षता के कारण, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग का उपयोग आम तौर पर केवल उन वातावरणों में किया जाता है जहां ठोस-अवस्था प्रकृति (कोई चलती भाग नहीं), कम रखरखाव, कॉम्पैक्ट आकार और अभिविन्यास असंवेदनशीलता शुद्ध दक्षता से अधिक होती है।

पारंपरिक साधनों से कम होते हुए भी, दक्षता काफी अच्छी हो सकती है, बशर्ते:

हालाँकि, चूँकि कम धारा का मतलब स्थानांतरित ऊष्मा की कम मात्रा भी है, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए प्रदर्शन का गुणांक कम होगा।
 * तापमान का अंतर यथासंभव कम रखा जाए, और,
 * धारा को कम रखा जाता है, क्योंकि अपशिष्ट ऊष्मा पर स्थानांतरित ऊष्मा का अनुपात (गर्म और ठंडे पक्ष पर समान तापमान के लिए) होगा $$\frac{Q}{Q_{waste}} = \frac{P}{RI}$$.

उपयोग
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जिनके लिए मिलीवाट से लेकर कई हजार वाट तक की गर्मी हटाने की आवश्यकता होती है। इन्हें पेय कूलर जितने छोटे या पनडुब्बी या रेलरोड कार जितने बड़े अनुप्रयोगों के लिए बनाया जा सकता है। टीईसी तत्वों का जीवनकाल सीमित होता है। उनकी स्वास्थ्य शक्ति को उनके एसी प्रतिरोध (एसीआर) के परिवर्तन से मापा जा सकता है। जैसे-जैसे कूलर तत्व खराब होता जाएगा, एसीआर में वृद्धि होगी।

उपभोक्ता उत्पाद
पेल्टियर तत्व आमतौर पर उपभोक्ता उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, इनका उपयोग डेरा डालना, पोर्टेबल  शीतक , कूलिंग इलेक्ट्रॉनिक घटकों, गद्दा पैड स्लीपिंग सिस्टम और छोटे उपकरणों में किया जाता है। इनका उपयोग dehumidifier में हवा से पानी निकालने के लिए भी किया जा सकता है। एक कैंपिंग/कार प्रकार का इलेक्ट्रिक कूलर आमतौर पर तापमान को परिवेश के तापमान से 20 डिग्री सेल्सियस (36 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक कम कर सकता है, जो कि 25 डिग्री सेल्सियस है यदि कार सूर्य के नीचे 45 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाती है। जलवायु-नियंत्रित जैकेटों में पेल्टियर तत्वों का उपयोग शुरू हो रहा है।  तापमान को डिज़ाइन सीमा के भीतर रखने या  overclocking  के दौरान स्थिर कामकाज बनाए रखने के लिए कंप्यूटर ठंडा करना ठंडा करने के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उपयोग किया जा सकता है। हीट सिंक या वॉटरब्लॉक वाला पेल्टियर कूलर एक चिप को परिवेश के तापमान से काफी नीचे तक ठंडा कर सकता है। 10वीं पीढ़ी और उसके बाद के कुछ इंटेल कोर सीपीयू इंटेल क्रायो तकनीक का उपयोग करने में सक्षम हैं, जो मानक तरल शीतलन के साथ सामान्य रूप से संभव से कहीं अधिक शीतलन प्रदर्शन प्रदान करने के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग और एक तरल हीट एक्सचेंजर के संयोजन का उपयोग करता है।

औद्योगिक
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उपयोग औद्योगिक विनिर्माण के कई क्षेत्रों में किया जाता है और इसके लिए गहन प्रदर्शन विश्लेषण की आवश्यकता होती है क्योंकि इन औद्योगिक उत्पादों को बाजार में लॉन्च करने से पहले उन्हें हजारों चक्र चलाने की परीक्षा का सामना करना पड़ता है। कुछ अनुप्रयोगों में लेजर उपकरण, थर्मोइलेक्ट्रिक एयर कंडीशनर या कूलर, औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स और दूरसंचार शामिल हैं। ऑटोमोटिव, मिनी रेफ्रिजरेटर या इन्क्यूबेटर, सैन्य अलमारियाँ, आईटी बाड़े, और बहुत कुछ।

प्रकाशित तंतु |फाइबर-ऑप्टिक अनुप्रयोगों में, जहां लेजर या घटक की तरंग दैर्ध्य तापमान पर अत्यधिक निर्भर होती है, स्थिर तापमान बनाए रखने के लिए फीडबैक लूप में थर्मिस्टर के साथ पेल्टियर कूलर का उपयोग किया जाता है और इस तरह डिवाइस की तरंग दैर्ध्य को स्थिर किया जाता है।

क्षेत्र में सैन्य उपयोग के लिए लक्षित कुछ इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थर्मोइलेक्ट्रिक रूप से ठंडा किए जाते हैं।

विज्ञान और इमेजिंग
पेल्टियर तत्वों का उपयोग वैज्ञानिक उपकरणों में किया जाता है। वे थर्मल साइक्लर्स में एक सामान्य घटक हैं, जिनका उपयोग पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पोलीमरेज श्रृंखला अभिक्रिया) द्वारा डीएनए के संश्लेषण के लिए किया जाता है, जो एक सामान्य आणविक जैविक तकनीक है, जिसमें विकृतीकरण, प्राइमर एनीलिंग और एंजाइमैटिक संश्लेषण चक्रों के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण को तेजी से गर्म करने और ठंडा करने की आवश्यकता होती है।

फीडबैक सर्किटरी के साथ, पेल्टियर तत्वों का उपयोग अत्यधिक स्थिर तापमान नियंत्रकों को लागू करने के लिए किया जा सकता है जो वांछित तापमान को ±0.01 °C के भीतर रखते हैं। पर्यावरण के तापमान में परिवर्तन के रूप में लेजर तरंग दैर्ध्य के बहाव से बचने के लिए सटीक लेजर अनुप्रयोगों में ऐसी स्थिरता का उपयोग किया जा सकता है।

इस प्रभाव का उपयोग उपग्रहों और अंतरिक्ष यान में ठंडी छायादार तरफ गर्मी को नष्ट करके यान के एक तरफ सीधे सूर्य के प्रकाश के कारण होने वाले तापमान के अंतर को कम करने के लिए किया जाता है, जहां इसे अंतरिक्ष में थर्मल विकिरण के रूप में फैलाया जाता है। 1961 के बाद से, कुछ मानव रहित अंतरिक्ष यान (क्यूरियोसिटी रोवर मार्स रोवर सहित) रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (आरटीजी) का उपयोग करते हैं जो सीबेक प्रभाव का उपयोग करके थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। उपकरण कई दशकों तक चल सकते हैं, क्योंकि वे उच्च-ऊर्जा रेडियोधर्मी सामग्रियों के क्षय से संचालित होते हैं।

पेल्टियर तत्वों का उपयोग आयनीकरण विकिरण की कल्पना करने के लिए क्लाउड कक्ष बनाने के लिए भी किया जाता है। केवल विद्युत धारा प्रवाहित करके, वे सूखी बर्फ या हिलते हिस्सों के बिना वाष्प को -26 डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा कर सकते हैं, जिससे बादल कक्ष  बनाना और उपयोग करना आसान हो जाता है।

फोटॉन डिटेक्टर जैसे कि खगोलीय दूरबीनों, स्पेक्ट्रोमीटर, या बहुत उच्च-स्तरीय डिजिटल कैमरा में चार्ज-युग्मित डिवाइस को अक्सर पेल्टियर तत्वों द्वारा ठंडा किया जाता है जिन्हें मल्टी-स्टेज में व्यवस्थित किया जा सकता है, कैस्केड प्रशीतन  कॉन्फ़िगरेशन। यह थर्मल शोर के कारण अंधेरे की संख्या को कम करता है। डार्क काउंट तब होता है जब एक पिक्सेल एक फोटॉन के बजाय थर्मल उतार-चढ़ाव के कारण एक इलेक्ट्रॉन को पंजीकृत करता है। कम रोशनी में ली गई डिजिटल तस्वीरों पर ये धब्बे (या पिक्सेल शोर) के रूप में दिखाई देते हैं।

इनका उपयोग ऊर्जा फैलाने वाले स्पेक्ट्रोमीटर में सेंसर क्रिस्टल को ठंडा करने के लिए किया जाता है, जिससे बड़े तरल नाइट्रोजन डेवार्स की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

यह भी देखें

 * THERMOACOUSTICS