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一文带你了解半导体制冷原理和半导体制冷系统的发展

  日期:2022-06-04 20:00:05  浏览量:199   移动端
导读:什么是半导体制冷?半导体制冷原理是什么?下面就跟小编一起来看看吧。半导体制冷也叫温差电制冷、热电制冷或电子制冷,是利用半

什么是半导体制冷?半导体制冷原理是什么?下面就跟小编一起来看看吧。



半导体制冷也叫温差电制冷、热电制冷或电子制冷,是利用半导体的“塞贝克效应”的逆效应一一帕尔贴效应来实现制冷的一门新兴技术。半导体制冷系统具有控制方便、运行可靠、布局灵活、适应性强等特点,在小型空调系统中应用广泛,且随着近年来材料科学的进步,该系统的COP不断上升,与其他微型制冷系统相比优势日益凸显。






半导体制冷系统原理



半导体制冷系统是一种新型的微型制冷系统,它利用的是帕尔贴原理。



所谓“帕尔帖效应”,就是在两种不同金属组合的闭合线路中,若通以直流电流,就会使一个接点变冷而另一个接点变热的现象。这种现象是由法国科学家Jean C.A. Pettier在1834年发现的。典型的半导体制冷器,接上直流电源后,电流由N型半导体流向P型半导体时吸收热量,形成冷端,电流由P型半导体流向N型半导体时释放热量,形成热端。N型和P型半导体交替排列,将热量从冷端转移至热端,达到制冷的目的。






半导体制冷的优点



1、无运动部件,因而工作时无噪声,无磨损、寿命长,可靠性高。



2、不使用制冷剂,故无泄漏,对环境无污染。



3、半导体制冷器参数不受空间方向的影响,即不受重力场影响,在航天航空领域中有广泛的应用。



4、作用速度快,工作可靠,使用寿命长,易控制,调节方便,可通过调节工作电流大小来调节器制冷能力。也可通过切换电流的方向来改变其制冷或供暖的工作状态。



5、尺寸小,重量轻,适合小容量、小尺寸的特殊的制冷环境。半导体制冷器虽有许多优点,但也有一些缺点有待克服。



微型半导体制冷系统的发展



有研究者对半导体制冷和蒸气压缩制冷的成本进行了对比,指出半导体制冷的成本和制冷量呈线性增长关系,千瓦级的大型半导体制冷机成本是同容量蒸气压缩制冷机的 3 倍以上; 百瓦级的小型半导体制冷机可以做到与蒸气压缩制冷机成本相差较小而系统更加安全可靠、易于调控; 十瓦级的微型半导体制冷机成本远低于蒸气压缩制冷机,具有无法替代的优势。半导体制冷系统在家用汽车和船用空调系统中得到了越来越广泛地应用。



也有研究者对热电制冷系统、余热制冷系统和蒸气压缩制冷系统在电动汽车空调上的应用进行了对比,指出热电制冷系统由于结构紧凑、可靠易于控制、无噪声耐冲击等特性很适用于电动汽车,但是由于目前半导体材料优质系数较低,制冷性能不够理想而最终确定了蒸气压缩制冷系统为电动汽车最佳空调系统。



还有研究者将半导体制冷运用到空调服的设计中,空调服使用太 阳能供电,制冷系统使用蓝牙进行控制,为达到美观和舒适性的目的,对各个部件的位置进行了合理规划。






针对目前市场上半导体冰箱的半导体制冷元件 常以一个恒定的工作电流运行的现状。有研究者利用半导体制冷易于控制的特点,提出了一种自调节电流的半导体制冷冰箱,通过实验研究发现,在同样的工作条件下,自调节半导体制冷冰箱在冷却运行时的冷却时间能耗均有所降低,在稳定运行时的耗电量 明显下降。



有研究者建立了一套将直接蒸发冷却和半导体制冷相结合的制冷系统,并对该系统的制冷性 能进行了初步测试,实验结果表明最大性能系数为 3. 3。






还有研究者将半导体制冷运用到家用空调系统的过冷器中,以增加系统的过冷度,在最小制冷、额定制冷和最大制冷 3 种工况下进行了实验研究,结果显示系统的制冷量分别提升了 3. 6%、3. 2%和 4. 0%,系 统的性能指数分别提升了 3. 7%、3. 1%和 4.2%。



提出了热管型半导体制冷器,半导体制冷 片和冷端散热器、热端散热器并排布置,通过热管相 连。与常规半导体制冷器相比,改进后的热管半导体制冷器厚度减小了 29. 2%,制冷量提高了 2. 7%,COP 提高了 3. 45%。

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