半導(dǎo)體致冷技術(shù)應(yīng)用和原理

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1、半導(dǎo)體致冷技術(shù)應(yīng)用和原理1、自制小型TEC1半導(dǎo)體電子冰箱（冷熱箱）：自制的小型電冰箱，其制冷部分是以新型的固體冷源——半導(dǎo)體制冷器，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械壓縮式制冷系統(tǒng)。由于制作方便，工藝要求也不高，所以十分便于自制。原理：半導(dǎo)體致冷器的制冷原理是建立在珀爾帕效應(yīng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。即當(dāng)電流流經(jīng)不同材料的導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時，接點(diǎn)處會產(chǎn)生放熱和吸熱（制冷）現(xiàn)象。放熱或吸熱依電流方向不同而改變，放熱或吸熱量的大小則由電流大小來決定。制作：自制的小型冰箱有效容積為10升，所選用的致冷器為TEC1—12703型（圖1）。該致冷器的外型為40×40×5mm，由于127對電偶對構(gòu)成，

2、僅重28克，電壓12V電流3A，電熱端溫度27℃、冷端負(fù)載為0時，冷、熱間溫差﹥55℃，（即熱端15℃時，冷端可達(dá)-40℃）制冷量為29.6大卡/小時。電源電壓為12V、電流大于3A，如汽車電瓶或由市電經(jīng)變器降壓、整流、濾波后供其工作，電源紋波系數(shù)應(yīng)小于10%。找一容積為10升的箱體為冷箱（長、寬、高可自行選擇，只要內(nèi)容積為10升即可）。內(nèi)膽的二分之一用金屬材料做成，以利于冷量在箱內(nèi)大面積傳導(dǎo)，便其分散均勻?？蛇x用厚0.5～1mm銅皮、鋁皮或鐵皮；內(nèi)膽的另二分之一用無毒塑料板做成（如聚丙稀板），外箱體可由鐵皮做成，其箱體尺寸可依內(nèi)膽尺寸每邊大30mm，外箱體后部

3、應(yīng)留70×70mm的孔，以利安裝致冷器，然后將內(nèi)膽套入，在內(nèi)層中填入隔熱材料，可以選用聚乙稀粉末或包裝用的廢泡沫，然后做一個55×55×30mm的金屬塊（如鐵、鋁、銅）為儲冷器。儲冷器的作用是使致冷器產(chǎn)生的冷量更為均勻地傳導(dǎo)于內(nèi)膽。此時可將致冷器冷端安置于儲冷器上，再選一塊厚1～2mm大小為130×130mm的銅板，用厚0.3～0.5mm的銅皮做成15～20個U型片，按圖2焊的銅板上；成為散熱器。將做好的散熱器緊貼致冷器的散熱端固定，為使冷熱傳導(dǎo)更為良好，在安排前應(yīng)在所有接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂，然后在靠近散熱器處，加裝一小型風(fēng)機(jī)。用以上方法制作的小型冰箱，經(jīng)試驗(yàn)在2

4、0℃時，可使箱內(nèi)溫度到零下5℃。當(dāng)將電源極性反接后，即產(chǎn)生致熱效應(yīng)，此時，箱內(nèi)溫度可達(dá)70℃以上。有興趣的讀者還可用2塊致冷器制作20升的冰箱或用多塊做成更大容積和冰箱，并可設(shè)置溫控電路，使其更為完善。若將散熱方式改為水冷，則制冷效果更佳。2、制作家用半導(dǎo)體空調(diào)器；與壓縮式制冷機(jī)相比，半導(dǎo)體致冷器是一種較為新穎的制冷裝置。其優(yōu)點(diǎn)是重量輕、壽命長。致冷器本身無任何機(jī)械轉(zhuǎn)動部分，因而工作起來無噪聲。同時由于必使用氣體工質(zhì)，所以也不構(gòu)成環(huán)境污染。其缺點(diǎn)是在工作溫差較大時致冷效率較低，成本也較貴。然而，半導(dǎo)體致冷空調(diào)器在用于致熱時，其效率則十分高。用在空調(diào)器中，綜合“冷

5、”“熱”兩方面的效果時，則仍不失為一種能耗較低的裝置。至于成本，如果設(shè)計合理，則仍可有較大幅度的降低。由半導(dǎo)體致冷器制成的空調(diào)器，國外已經(jīng)有相當(dāng)多的品種。常見的有工業(yè)空調(diào)器、冷風(fēng)機(jī)和家用空調(diào)器。此外，由半導(dǎo)體致冷器還可制成一些在特殊場合使用的空調(diào)器。如防空洞、火車、潛水艇等一些比較特殊的場所。另外，這種致冷器還可以用在某些有特殊要求的工作服上，進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。比如某些熾熱場所、車間、消防員、飛行員、宇航員、坦克手以水下工作的潛水服等。家用空調(diào)器的一個特點(diǎn)，就是要求能耗低。(b&lWL/s(b{o8924???為了對這種致冷器的性能作一個初步了解，我們對國產(chǎn)致冷

6、器件的主要性能作一點(diǎn)簡單的介紹。表明這種半導(dǎo)體材料綜合性能指標(biāo)的一個參數(shù)，叫“優(yōu)質(zhì)系數(shù)”通常用符號Z表示，Z值愈大，則效率愈高。對于國產(chǎn)半導(dǎo)體致冷器Z≈0.0025/K,半導(dǎo)體致冷器的散熱端溫度用T表示，工作溫度用T表示，工作溫度差T—T。致冷器的效率與T和T有關(guān)。表列出當(dāng)T0=300K、Z=0.0025/K條件下，當(dāng)作致冷器使用時的單極致冷器的效率（見表1）空調(diào)器使用中，需要的工作溫差一般是不大的。比如，在夏天室外溫度為40℃，要求室內(nèi)維持20℃，則T=20℃，冬天時，如室外溫度為-10℃，室內(nèi)維持20℃，則T=30℃，由表可見，夏天使用時，其致冷效率可達(dá)1.

7、5，而冬天使用時其致熱效率可達(dá)1.8，也就是說電----冷和電----熱的轉(zhuǎn)換效率都不小于1，這當(dāng)然是很理想的，然而，由于制造工藝和結(jié)構(gòu)質(zhì)量相差很大，所以實(shí)際的致冷器其轉(zhuǎn)換效率要低一些，這里大概說明的一點(diǎn)，效率大于1似乎是違背了能量守恒定律，事實(shí)上并非如此，這是由于半導(dǎo)體致冷器提供的“熱”和“冷”，除了消耗電功之外，本身還能從環(huán)境吸收一部分能量，從而出現(xiàn)了效率大于1的現(xiàn)象。由此可見，如果設(shè)計合理，那么由半導(dǎo)體致冷器制成的空調(diào)還是很省電的。因而用它來制造家用空調(diào)可滿足省電的市場需要。蘇聯(lián)制造的半導(dǎo)體家用空調(diào)器如圖所示。這種空調(diào)用于較小的住房中，晝夜進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。空

8、調(diào)的電堆由5個部分構(gòu)成，