थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन

ताप विद्युत शीतलन दो भिन्न-भिन्न प्रकार की सामग्रियों के जंक्शन पर ऊष्म प्रवाह बनाने के लिए पेल्टियर प्रभाव का उपयोग करती है। पेल्टियर कूलर, हीटर, या थर्मोइलेक्ट्रिक ऊष्म पंप भौतिक विज्ञान की ठोस अवस्था है जो विद्युत ऊर्जा की खपत के साथ, करंट की दिशा के आधार पर, डिवाइस के एक ओर से दूसरी ओर गर्मी स्थानांतरित करता है। ऐसे उपकरण को पेल्टियर डिवाइस, पेल्टियर हीट पंप, सॉलिड स्टेट रेफ्रिजरेटर, या थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (टीईसी) एवं कभी-कभी थर्मोइलेक्ट्रिक बैटरी भी कहा जाता है। इसका उपयोग गर्म करने या ठंडा करने के लिए किया जा सकता है, चूंकि 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 प्रौद्योगिकी वाष्प-संपीड़न प्रशीतन की तुलना में प्रशीतन पर अधिक कम प्रारम्भ होती है। वाष्प-संपीड़न रेफ्रिजरेटर की तुलना में पेल्टियर कूलर के प्राथमिक लाभ इसके चलने वाले भागो या परिसंचारी तरल की कमी, अधिक लंबे जीवन, लीक के प्रति असुरक्षा, अल्प आकार एवं स्मूथ आकार हैं। इसका मुख्य हानि किसी दी गई शीतलन क्षमता के लिए उच्च व्यय एवं निकृष्ट विद्युत दक्षता (प्रदर्शन या सीओपी का कम गुणांक) है। कई शोधकर्ता एवं कंपनियां पेल्टियर कूलर विकसित करने का प्रयत्न कर रहे हैं जो अल्पमूल्य एवं 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 वोल्टेज प्रारम्भ होता है, एवं परिणामस्वरूप, दोनों पक्षों के मध्य तापमान में अंतर उत्त्पन्न हो जाएगा। जब जनरेटर के रूप में संचालित किया जाता है, तो डिवाइस का पक्ष दूसरे पक्ष की तुलना में अधिक तापमान तक गर्म हो जाता है, एवं परिणामस्वरूप, दोनों पक्षों (सीबेक प्रभाव) के मध्य वोल्टेज में अंतर उत्त्पन्न हो जाएगा। चूंकि, भिन्न-भिन्न डिज़ाइन एवं पैकेजिंग आवश्यकताओं के कारण, उचित रूप से डिज़ाइन किया गया पेल्टियर कूलर औसत दर्जे का थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर होगा एवं इसके विपरीत होगा।

परिचालन सिद्धांत


थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर पेल्टियर प्रभाव (थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव बनाने वाली तीन घटनाओं में से) द्वारा संचालित होते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल तीन घटकों से बना है; कंडक्टर, पैर एवं सब्सट्रेट, एवं इनमें से कई मॉड्यूल विद्युत रूप से श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, किन्तु थर्मल रूप से समानांतर में जुड़े हुए हैं। जब डीसी विद्युत धारा उपकरण से प्रवाहित होती है, तो यह एक ओर से दूसरी ओर गर्मी लाती है, जिससे ठंडा हो जाता है जबकि दूसरा गर्म हो जाता है।

गर्म भाग को हीट सिंक से जोड़ा जाता है, जिससे 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 साथ में कैस्केड या स्टेज किया जा सकता है, किन्तु समग्र दक्षता (सीओपी) अत्यधिक कम हो जाती है। किसी भी प्रशीतन चक्र का अधिकतम सीओपी अंततः वांछित (ठंडा पक्ष) एवं परिवेश (गर्म पक्ष) तापमान (हीट सिंक का तापमान) के मध्य अंतर से सीमित होता है। तापमान अंतर (डेल्टा) जितना अधिक होगा, अधिकतम सैद्धांतिक सीओपी उतना ही कम होगा।

डिज़ाइन
दो अद्वितीय अर्धचालक, एन-प्रकार (अर्धचालक) एवं पी-प्रकार (अर्धचालक) का उपयोग किया जाता है क्योंकि उन्हें भिन्न-भिन्न इलेक्ट्रॉन घनत्व की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक पी एवं एन-प्रकार अर्धचालक स्तंभों को थर्मल रूप से एक दूसरे के समानांतर एवं विद्युत रूप से श्रृंखला में रखा जाता है एवं तत्पश्चात प्रत्येक ओर थर्मल संचालन प्लेट के साथ जोड़ा जाता है, सामान्यतः सिरेमिक, भिन्न इन्सुलेटर की आवश्यकता को विस्थापित कर 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। शीतलन प्लेट वाला भाग गर्मी को अवशोषित करता है जिसे तत्पश्चात सेमीकंडक्टर द्वारा डिवाइस के दूसरी ओर 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 प्रायः श्रृंखला में विद्युत रूप से जुड़े होते हैं। खंभों की लंबाई लंबे खंभों के मध्य संतुलन है, जिसके किनारों के मध्य अधिक थर्मल प्रतिरोध होगा एवं कम तापमान तक पहुंचने की अनुमति होगी किन्तु अधिक प्रतिरोधी हीटिंग उत्पन्न होगी, एवं अल्प खंभे, जिनमें अधिक विद्युत दक्षता होगी किन्तु थर्मल चालन द्वारा गर्म से ठंडे पक्ष में अधिक गर्मी का रिसाव होगा। बड़े तापमान अंतर के लिए, लंबे खंभे भिन्न-भिन्न, उत्तरोत्तर बड़े मॉड्यूल को समूह करने की तुलना में अधिक कम कुशल होते हैं; मॉड्यूल बड़े हो जाते हैं क्योंकि प्रत्येक परत को उपरोक्त परत द्वारा स्थानांतरित गर्मी एवं परत की अपशिष्ट गर्मी दोनों को विस्थापित करना 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 स्रोत);
 * कम तापीय चालकता (जिससे गर्मी गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर वापस न आए); यह सामान्यतः भारी तत्वों में परिवर्तित होता है।
 * बड़ी इकाई कोशिका, जटिल संरचना;
 * अत्यधिक अनिसोट्रोपिक या अत्यधिक सममित;
 * जटिल रचनाएँ

उउच्च 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 सामान्यतः ZT नामक योग्यता के आंकड़े का उपयोग करके की जाती है, जो प्रणाली की दक्षता का माप है। ZT के लिए समीकरण नीचे दिया गया है, जहाँ $$\alpha$$ सीबेक गुणांक है, $$\sigma$$ विद्युत चालकता है एवं $$\kappa$$ तापीय चालकता है।

$$\Z\Tau=(\alpha^2\sigma\Tau)/\kappa$$ ऐसी कुछ सामग्रियां हैं जो टीईसी अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं, क्योंकि थर्मल एवं विद्युत चालकता के मध्य संबंध सामान्यतः सकारात्मक सहसंबंध होता है। बढ़ी हुई विद्युत चालकता के साथ कम तापीय परिवहन में सुधार सामग्री विज्ञान अनुसंधान का सक्रिय क्षेत्र है। अर्धचालक के रूप में उपयोग की जाने वाली सामान्य थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में बिस्मथ टेलुराइड, सीसा टेलुराइड, सिलिकॉन-जर्मेनियम एवं बिस्मथ एंटीमोनाइड मिश्र धातु सम्मिलित हैं। इनमें से बिस्मथ टेलुराइड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन के लिए नई उच्च-प्रदर्शन सामग्री पर सक्रिय रूप से शोध किया जा रहा है। दशकों से, विस्मुट, टेल्यूरियम एवं उनके रासायनिक यौगिक जैसे संकीर्ण बैंडगैप अर्धचालकों का उपयोग थर्मोकपल की सामग्री के रूप में किया जाता रहा है। मिल्ड्रेड ड्रेसेलहॉस सिद्धांत ने प्रस्तावित किया कि इंजीनियर्ड नैनोस्ट्रक्चरिंग के साथ व्यापक बैंडगैप सेमीकंडक्टर पेल्टियर शीतलन के प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं। शुआंग तांग ने मैसाचुसेट्स की प्रौद्योगिकीी संस्था एवं आईबीएम में आगे बताया है, कि कार्बन आधारित अर्धचालक या अर्धधातु सामग्री का उपयोग परिवर्तनीय थर्मल उपकरणों के रूप में किया जा सकता है, कंप्यूटर चिप्स के साथ एम्बेडेड होने पर निष्क्रिय कंडक्टर और पेल्टियर कूलर दोनों का प्रदर्शन करते हैं, विशेष रूप से कुछ के अनुसार विशेष परिस्थितियाँ जैसे उपग्रह, अंतरिक्ष शटल और पनडुब्बियाँ।

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

ये सार्वभौमिक आईडी स्पष्ट रूप से आकार, चरणों की संख्या, जोड़ों की संख्या एवं एम्प्स में वर्तमान रेटिंग को दर्शाती हैं, जैसा कि आसन्न चित्र में देखा गया है। अधिक सामान्य Tec1-12706, 40 मिमी आकार का वर्ग एवं 3-4 मिमी ऊंचा, कुछ डॉलर में पाया जाता है, एवं 60 W के निकट घूमने या 6 A 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।

शक्ति एवं शक्तिहीन
कम कार्बन उत्सर्जन एवं विनिर्माण में सरलता सहित टीईसी पर आगे के शोध को प्रेरित करने वाले कई कारक हैं। चूंकि, कई चुनौतियाँ सामने आई हैं।

लाभ
यह तथ्य कि टीईसी प्रणालियाँ वर्तमान-नियंत्रित हैं, लाभों की श्रृंखला की ओर ले जाती हैं। चूँकि ऊष्मा का प्रवाह प्रारम्भ DC धारा के सीधे आनुपातिक होता है, विद्युत धारा की दिशा और मात्रा के स्थिर नियंत्रण से ऊष्मा को जोड़ा या विस्थापित किया जा सकता है। उन विधियों के विपरीत जो प्रतिरोधी हीटिंग या शीतलन विधियों का उपयोग करते हैं जिनमें गैसें सम्मिलित होती हैं, टीईसी गर्मी के प्रवाह (नियंत्रण के अनुसार प्रणाली के अंदर और बाहर दोनों) पर समान स्तर के नियंत्रण की अनुमति देता है। इस स्थिर द्विदिश ताप प्रवाह नियंत्रण के कारण, नियंत्रित प्रणालियों का तापमान डिग्री के अंश तक स्थिर हो सकता है, जो प्रायः प्रयोगशाला सेटिंग्स में मिलि केल्विन (एमके) की स्थिरता तक पहुंच जाता है। टीईसी उपकरण अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में आकार में भी अधिक स्मूथ होते हैं। इनका उपयोग पारंपरिक रेफ्रिजरेटर की तुलना में कम स्थान या अधिक गंभीर परिस्थितियों वाले वातावरण में किया जा सकता है। उनकी ज्यामिति को अनुकूलित करने की क्षमता अधिक अल्प क्षेत्रों में स्थिर शीतलन प्रदान करने की अनुमति देती है। ये कारक उन्हें मांगलिक आवश्यकताओं वाले वैज्ञानिक एवं इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में साधारण रूचि बनाते हैं जहां व्यय एवं पूर्ण ऊर्जा दक्षता प्राथमिक चिंताएं नहीं हैं।

टीईसी का अन्य लाभ यह है कि यह अपने संचालन में रेफ्रिजरेंट का उपयोग नहीं करता है। उनके चरणबद्ध होने से पूर्व कुछ प्रारंभिक रेफ्रिजरेंट, जैसे क्लोरो फ्लोरोकार्बन (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 उनके साथ अन्य सुरक्षा हानि भी होती हैं।

हानि
टीईसी प्रणाली में कई उल्लेखनीय हानि हैं। सबसे महत्वपूर्ण पारंपरिक वाष्प-संपीड़न प्रणालियों की तुलना में उनकी सीमित ऊर्जा दक्षता एवं 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 वर्णन किया गया है।

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


 * ओम के नियम के अनुसार, 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, प्रभाव जो तापमान अंतर बढ़ने के साथ ठोस होता जाता है।

परिणाम यह होता है कि जैसे-जैसे तापमान का अंतर बढ़ता है, गर्मी प्रभावी रूप से कम हो जाती है एवं मॉड्यूल कम कुशल हो जाता है। तापमान में अंतर तब आता है जब अपशिष्ट गर्मी एवं वापस जाने वाली गर्मी स्थानांतरित गर्मी पर नियंत्रण पा लेती है, एवं मॉड्यूल इसे एवं ठंडा करने के अतिरिक्त ठंडे पक्ष को गर्म करना प्रारम्भ कर देता है। सिंगल-स्टेज थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर सामान्यतः अपने गर्म एवं ठंडे पक्षों के मध्य अधिकतम 70 डिग्री सेल्सियस का तापमान अंतर उत्त्पन्न करेगा। प्रदर्शन के साथ एवं विषय उनके लाभों में से प्रत्यक्ष परिणाम है: अल्प होना। इस का अर्थ है कि:


 * गर्म पक्ष एवं ठंडा पक्ष एक-दूसरे के अधिक निकट (कुछ मिलीमीटर दूर) होंगे, जिससे गर्मी को ठंडे पक्ष में वापस जाना सरल हो जाएगा, एवं गर्म एवं ठंडे पक्ष को एक-दूसरे से भिन्न करना कठिन हो जाएगा।
 * सामान्य 40 मिमी × 40 मिमी 60 डब्ल्यू या अधिक उत्पन्न कर सकता है - अर्थात, 4 W/cm2या अधिक - गर्मी को दूर करने के लिए 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 प्रदान करते हैं। इस कम दक्षता के कारण, थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन का उपयोग सामान्यतः केवल उन वातावरणों में किया जाता है जहां ठोस-अवस्था प्रकृति (कोई चलती भाग नहीं), कम रखरखाव, कॉम्पैक्ट आकार एवं अभिविन्यास असंवेदनशीलता शुद्ध दक्षता से अधिक होती है।

पारंपरिक साधनों से कम होते हुए भी, दक्षता अत्यधिक उत्तम हो सकती है:

चूंकि, कम धारा का अर्थ स्थानांतरित ऊष्मा की कम मात्रा भी है, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए प्रदर्शन का गुणांक कम होगा।
 * तापमान का अंतर यथासंभव कम रखा जाए, एवं,
 * धारा को कम रखा जाता है, क्योंकि अपशिष्ट ऊष्मा पर स्थानांतरित ऊष्मा का अनुपात (गर्म एवं 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 विस्थापित करने की आवश्यकता होती है। इन्हें पेय कूलर जितने अल्प 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 निकृष्ट होता जाएगा, एसीआर में वृद्धि होगी।

उपभोक्ता उत्पाद
पेल्टियर तत्व सामान्यतः उपभोक्ता उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, इनका उपयोग डेरा डालना, पोर्टेबल शीतक, शीतलन विद्युत घटकों, गद्दा पैड स्लीपिंग प्रणाली एवं अल्प उपकरणों में किया जाता है। इनका उपयोग डीह्यूमिडिफ़ायर में वायु से पानी निकालने के लिए भी किया जा सकता है। कैंपिंग/कार प्रकार का विद्युत कूलर सामान्यतः 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 प्रारम्भ हो रहा है।  तापमान को डिज़ाइन सीमा के अंदर रखने या  ओवरक्लॉकिंग के समय स्थिर कार्य बनाए रखने के लिए कंप्यूटर ठंडा करने के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उपयोग किया जा सकता है। हीट सिंक या वॉटरब्लॉक वाला पेल्टियर कूलर चिप को परिवेश के तापमान से अत्यधिक नीचे तक ठंडा कर सकता है। 10वीं पीढ़ी एवं उसके पश्चात के कुछ इंटेल कोर सीपीयू इंटेल कार्यो प्रौद्योगिकी 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 शीतलन एवं तरल उष्मा का आदान प्रदान करने वाले के संयोजन का उपयोग करता है।

औद्योगिक
थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उपयोग औद्योगिक विनिर्माण के कई क्षेत्रों में किया जाता है एवं इसके लिए गहन प्रदर्शन विश्लेषण की आवश्यकता होती है क्योंकि इन औद्योगिक उत्पादों को बाजार में लॉन्च करने से पूर्व उन्हें हजारों चक्र चलाने की परीक्षा का सामना करना पड़ता है। कुछ अनुप्रयोगों में लेजर उपकरण, थर्मोइलेक्ट्रिक एयर कंडीशनर या कूलर, औद्योगिक विद्युत्स एवं दूरसंचार सम्मिलित हैं। ऑटोमोटिव, मिनी रेफ्रिजरेटर या इन्क्यूबेटर, सैन्य अलमारियाँ, आईटी बाड़े, एवं अधिक कुछ, प्रकाशित तंतु 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 एवं इस प्रकार डिवाइस की तरंग दैर्ध्य को स्थिर किया जाता है। क्षेत्र में सैन्य उपयोग के लिए लक्षित कुछ विद्युत उपकरण थर्मोइलेक्ट्रिक रूप से ठंडे किए जाते हैं।

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

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

इस प्रभाव का उपयोग उपग्रहों एवं अंतरिक्ष यान में ठंडी छायादार ओर गर्मी को नष्ट करके यान के ओर 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 विस्तृत किया जाता है। 1961 के पश्चात 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 भागो के बिना वाष्प को -26 डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा कर सकते हैं, जिससे पश्चातल कक्ष बनाना एवं उपयोग करना सरल हो जाता है।

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

इनका उपयोग ऊर्जा विस्तृत करने 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