热电(温差)制冷
半导体电子制冷冰箱
半导体电子制冷冰箱半导体电子制冷又称热电制冷，或者温差电制冷，它是利用“帕尔帖效应”的一种制冷方法，与压缩式制冷和吸取式制冷并称为世界三大制冷方式。
1843年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发觉一个接头变热，另一个接头变冷；那个现象后来就被称为“帕尔帖效应”。
“帕尔帖效应”的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会开释出余外的热量。
反之，就需要从外界吸取热量（即表现为制冷）。
因此，“半导体电子制冷”的成效就要紧取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。
纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。
半导体材料具有极高的热电势，能够成功的用来做小型的热电制冷器。
通过多次实验，科学家发觉：P型半导体（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半导体(Bi2Te3-Bi2Se3)的热电势差最大，应用中能够在冷接点处表现出明显制冷成效。
通上电源之后，冷端的热量被移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这确实是闻名的Peltiereffect。
这现象最早是在1821年，由一位德国科学家ThomasSeeback第一发觉，只是他当时做了错误的推论，并没有领会到背後真正的科学原理。
到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeanPeltier，才发觉背後真正的缘故，那个现象直到近代随著半导体的进展才有了实际的应用，也确实是[致冷器]的发明(注意，这种叫致冷器，还不叫半导体致冷器)。
下面我们来看一下半导体致冷器的结构：由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N\P之间以一样的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如右图所示，看起来像三明治(下图为实物图)：电子冰箱简单结构为：将P型半导体，N型半导体，以及铜板，铜导线连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由12V直流电供电，接通电流后，一个接点变冷（冰箱内部），另一个接头散热（冰箱后面散热器）。
热电制冷技术
5、热电制冷的基本公式
一对电偶消耗的电功率为：
N0 UI I 2 R I ( P N )T
一对电偶的制冷系数定义为为：单位电功率所能吸收的热量：
1 2 ( P N ) ITC I R KT Q0 2 N0 I 2 R I ( P N )T
二、应用方向
热电制冷具有诸多特点，应用开发几乎涉及所有制冷领域，尤其在制冷量不大， 又要求装置小型化的场合，更有其优越性。它在国防、科研、工农业、气象、医疗卫 生等领域得到了广泛应用，用于仪器仪表、电子元件、药品、疫苗等的冷却、加热和 恒温。如无线电元件恒温器、微机制冷器、红外探测器制冷器、便携式冰箱、旅游汽 车冷热两用箱、半导体空调器、军用和医用制冷帽、白内障摘除器、病理切片冷冻台、 潜艇空调器等。半导体制冷器未来将向大功率与微小型方向发展，尤其在民用和其它 市场开发项目中。
把若干对半导体热电偶在电路上串联起来。而在传热方面则是并联的，这就 构成了一个常见的制冷热电堆。接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下 面是热端。借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一 定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中取吸热降温，这就是热电制冷器的工 作原理。
4、热电制冷与机械压缩式制冷的比较
I Q0 max Q0 max
TC
同时，性能系数对电流求导，则可得制冷系数取最大时的最佳电流：
R (TC ) 2 K T 2R
I OP ( 1
T
1 ZT 1) R 2 1 1 T Z (TH TC ) H 2 TC 1 1 Z (TH TC ) 1 2
3、多级制冷热电堆
一级热电堆在通常情况下只能得到大约60度的温差，为了得到更大的温差和更 低的温度，可用级联的方法制造多级制冷器，第二级热电堆热端贴在第一级热电堆 的冷端上，第一级热电堆实际上起到第二级的散热器的作用，如图所示为三级热电 堆示意图： 设第一，二，三级热电堆的温差和制冷系数分别为
热电制冷
1.0 热电制冷的介绍1.1 热电制冷器，也被称为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材料为基础，可以用作小型热泵的电子元件。
通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。
此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。
值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端。
所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。
因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
1.1.1为了给新用户提供一个热电制冷器制冷量的大致概念，我们首先以一个典型的单级热电制冷器为例。
将这个单级热电制冷器放置在散热器上，使其保持在室温。
然后将其连接在一个适当的电池上或者直流电源上，制冷器的冷端温度会降低到大约-40 ℃。
此时，制冷器上将达到相对热平衡状态，而且制冷器两端将达到最大的温差(D T max)。
如果向冷端不断输入热量，冷端温度会逐渐增加，直到与热端温度相同。
这一时刻，制冷器会达到最大制冷量(Q max）。
1.2热电制冷器与传统的机械式制冷器都遵循相同的热力学法则，并且，尽管两者的组成形式有很大不同，但是其工作原理却是相同的。
在机械式制冷单元中，首先使用压缩机增加液体的压力，使制冷剂在体系中循环流动。
然后，制冷剂在冷冻区固化，在随后的升华过程中吸收热量使冷冻区温度降低。
而在冷冻区被吸收的热量被运输到压缩机，并通过制冷剂压缩这个过程将热量传递给环境。
相对的，在热电制冷系统中，掺杂的半导体材料就充当了液态制冷剂的作用，而冷凝器被散热器所取代，压缩机被直流电源所取代。
通过在热电制冷器上加载直流电源，使半导体中的电子发生运动。
在半导体材料的冷端，热量被电子运动所吸收，这些电子运动到材料的另外一端，即热端。
由于材料的热端连接在散热器上，热量也就从材料体内传到散热器上，然后再被输送到环境中。
1.3尽管商业化的热电制冷器在1960年前后才有所发展，但是热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪早期。
项目一-任务三-制冷方法
任务三 制冷方法
常用的制冷方法 • 液体汽化制冷 蒸汽压缩式制冷 吸收式制冷 蒸汽喷射式制冷 吸附式制冷 • 气体膨胀制冷 • 热电（温差效应）制冷 空调系统示意图
一、蒸汽压缩式制冷 • • • • • 1.压缩机 2.冷凝器 3.膨胀阀 4.蒸发器 5.工 质 系统组成
一、蒸汽压缩式制冷 制冷原理 • 蒸发器中，汽化蒸发吸热，环境温度降低; • 压缩机中，低温低压蒸汽压缩为高温高压的蒸汽，消 耗能量； • 冷凝器中，冷凝液化； • 膨胀阀，降压节流，转换湿饱和蒸汽。
• 特点：能量补偿形式是热能 • 应用：制冰或小型冰箱制冷
五、热电制冷（温差电制冷、半导体制冷） 帕尔帖效应
• 热电制冷的依据 • 制冷效果取决于两种材料的热电势
五、热电制冷（温差电制冷•
铜片 导线 电源 半导体
• P型（空穴型）：载流子主要为空穴的半导体 • N型（电子型）：载流子主要为电子的半导体
冷凝器 膨胀阀Ⅰ
发生器
热交换器 节流阀Ⅱ
蒸发器
吸收器
溶 液 泵
三、蒸汽喷射式制冷 系统组成 • 1-喷射器（a-喷嘴，b-扩 压器，c-吸入室） • 2-冷凝器 • 3-蒸发器 • 4-节流阀 • 5-泵 • 6-泵 • 7-空调 • 8-锅炉
三、蒸汽喷射式制冷 制冷原理 • 喷射器中，高温高压的工作蒸汽膨胀并高速流动，形成 低压； • 蒸发器中，低压下，部分水汽化吸热，降温； • 水蒸汽与工作蒸汽在喷嘴出口处混合，在扩压器中升压； • 升压后的蒸汽在冷凝器中液化； • 液态水分两路引出，一路经节流阀降压回到蒸发器，另 一路用泵送回锅炉，重新加热。
四、吸附式制冷 常见的工质对
• 物理吸附工质对 沸石——水，硅胶——水，活性炭——甲醇， 金属氢化物——氢，氯化锶——氢
热电制冷的原理及应用实例
热电制冷的原理及应用实例1. 热电制冷的原理热电制冷（thermoelectric cooling）是一种通过热电效应实现制冷的技术。
热电效应是指当两种不同材料的接触面存在温度差时，由于电子的迁移，会产生一个电势差。
热电制冷就是利用这种热电效应将热量从一个物体传递到另一个物体，从而实现冷却的过程。
热电制冷的原理可以通过以下几个步骤来解释：1.首先，热电制冷器由两种不同的材料（通常是P型和N型的半导体材料）组成。
这两种材料之间形成了一个所谓的热电偶。
2.当电流通过热电偶时，由于这两种材料之间的温度差异，电子会从高温一侧向低温一侧移动。
这导致了高温一侧电子的过量，产生了一个电势差，即热电效应。
3.然后，根据热电效应的原理，电势差会导致热量从高温一侧传递到低温一侧。
这个过程是通过电子的迁移和传导导热完成的。
4.最后，通过将低温一侧与外部环境接触，热能可以被散发出去，实现了制冷效果。
2. 热电制冷的应用实例热电制冷技术在很多领域都有广泛的应用。
下面介绍一些热电制冷的应用实例：2.1 电子设备冷却现代电子设备通常在工作时会产生大量的热量，为了保持设备的正常运行，需要对其进行冷却。
热电制冷技术可以在电子设备中使用，通过在集成电路上放置热电偶，将热量从电子设备传递到散热片，从而实现冷却效果。
这种方法具有体积小、无噪音、可靠性高等优点。
2.2 空调和制冷设备热电制冷技术可以用于小型的空调和制冷设备。
相比于传统的压缩机制冷技术，热电制冷技术更加简单、节能、无霜冻和无需维护。
因此，它被广泛应用于一些小型房间空调、车载冰箱、微型制冷箱等场景。
2.3 光学设备冷却在一些对温度要求非常高的光学设备中，如红外线探测器和激光器等，需要将设备冷却到极低的温度，以提高设备的性能和寿命。
热电制冷技术能够提供高精度的温度控制，并且可以应用于高温差环境下，因此被广泛用于光学设备的冷却领域。
2.4 汽车座椅冷却现代汽车座椅通常具有加热和通风的功能，为乘坐者提供舒适的体验。
半导体制冷采暖原理及效率
半导体制冷采暖原理及效率
半导体制冷，也称为热电制冷或温差电制冷，是一种利用半导体材料的热电效应实现制冷的制冷技术。
其原理基于帕尔帖效应，即当电流通过由两种不同导体组成的回路时，会产生热量转移的现象。
具体来说，当直流电通过由N型和P型半导体材料组成的回路时，会产生吸热和放热的效应，从而实现制冷或制热的效果。
在半导体制冷采暖系统中，制冷片是核心部件，它由许多N型和P型半导体材料串联而成，通过外部电源提供直流电。
当电流经过制冷片时，制冷片会在一侧产生热量，使该侧温度升高，而另一侧则会吸收热量，使温度降低。
这种温差效应可以用来制冷或制热。
在制冷模式下，将制冷片的一侧固定在密闭的容器中，并将容器与需要冷却的环境进行热交换。
由于制冷片的作用，容器内的温度会降低，从而达到制冷效果。
在采暖模式下，将制冷片的一侧连接到需要加热的物体上，并通过散热器将热量散发到环境中。
由于制冷片的吸热效应，物体的温度会升高，从而实现加热效果。
半导体制冷采暖系统的效率取决于多个因素，包括制冷片的性能、散热和隔热的效果、系统设计等。
一般来说，半导体制冷采暖系统的效率相对于传统的压缩式制冷和加热系统要低一些。
但是，由于半导体制冷采暖系统具有无运动部件、可靠性高、环保等优点，它在一些特定领域仍得到了广泛应用。
总的来说，半导体制冷采暖系统的原理是基于半导体材料的热电效应实现制冷或制热的效果。
在实际应用中，需要考虑系统的效率和可靠性等方面的影响因素。
热电制冷
热电制冷————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：热电制冷热电效应（Peltier–Seebeck效应）是温度差与电压之间的直接转换，反之亦然。
当每边有不同的温度时，热电装置产生的电压。
反之，当施加给它电压时，它会产生一个温差。
在原子尺度，温度梯度导致材料中的载流子从热端向冷端扩散，类似于古典的气体受热膨胀，因此产生电流。
这种效应可以用来发电、测量温度或改变物体的温度。
由于加热和冷却的方向是取决于施加电压的极性，因此，热电装置是一种有效的温度控制器。
Seebeck效应：温差—→电压 (b) Peltier效应：电压—→温差热电效应（Peltier–Seebeck效应）Seebeck效应：1821年， Seebeck发现，在两种不同金属组成的闭合线路中，如果两接触点的温度不同，其周围使指南针磁铁偏转。
Seebeck最初认为这是由于温差所引起的磁性所致。
进一步实验后，他很快就发现这是由于温差所引起的电流导致的磁铁偏转，而且符合电流感应定律。
更具体地说，温差产生一个电势（电压），它在封闭的回路中产生电流，这种效应被称为Seebeck效应。
Thomas Johann Seebeck, German（1770-1831）Seebeck效应产生的电压与两种材料之间交界处的温度差成正比。
该比例常数被称为Seebeck系数，也通常称为热电势或热电。
该Seebeck 电压不依赖于沿两种材料在两个交界处之间的温度分布。
这种效应是一个热电偶温度计的测温物理基础。
塞贝克效应 (发电)Peltier效应：1834年，法国人Peltier发现，当直流电流通过两种不同导电材料组成的闭合线路时，就会使一个接点变冷，另一个变热。
为了实际应用中加大制冷量，会在两个板块之间安装多组电堆，一块板被冷却，另一块被加热。
Jean Charles Athanase Peltier, French (1785-1845)Peltier效应 (制冷)半导体材料内部结构的特点，决定了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多。
热电制冷原理
热电制冷原理热电制冷原理是一种能够将电能转化为冷能的技术。
它利用了热电效应和热冷效应的相互转换，实现了热能和电能之间的互相转换。
热电制冷技术具有环保、高效、节能的特点，因此在现代制冷技术中得到了广泛应用。
热电制冷原理的基本原理是热电效应。
热电效应是指在两个不同材料的接触处，当有温差存在时，会产生电势差。
这个现象被称为塞贝克效应。
如果在这两个材料之间加上一个负载电阻，就可以从这个系统中提取电能。
如果反过来，将电能输入到这个系统中，就会产生一个温差。
这个温差被称为康柏效应。
这就是热电制冷的基本原理。
热电制冷技术的优点在于它的环保性。
它不需要使用任何有害气体，也不需要使用任何有害化学物质。
热电制冷系统的能效比通常很高，因此可以节省大量的能源。
热电制冷系统还可以运行在非常低的温度下，这使得它在一些特殊的应用场合中具有很大的优势。
热电制冷系统的工作原理是这样的。
首先，在制冷器的一侧加热，另一侧冷却，这样就会产生一个温差。
然后，这个温差会使得制冷器中的热电元件产生一个电势差。
这个电势差会驱动一个电流通过制冷器，从而将热量从制冷器的冷侧转移到热侧。
这个过程中，制冷器的冷侧温度会继续下降，直到达到所需要的温度。
热电制冷技术的应用范围非常广泛。
它可以用于电子设备的冷却，可以用于制冷箱、制冰机等家用电器，也可以用于汽车空调、航空航天等领域。
在一些特殊的应用场合中，热电制冷技术可以取代传统的制冷技术，从而实现更高的能效和更低的环境污染。
热电制冷技术是一种非常有前途的制冷技术。
它具有环保、高效、节能的特点，可以应用于各种领域。
热电制冷技术的发展将为我们创造更加舒适、安全、环保的生活环境。
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热电制冷
热电制冷也叫温差电制冷、半导体制冷或电子制冷，是以温差电现象为基础的制冷方法。
它是利用“塞贝克效应”的逆效应——珀尔帖效应的原理制冷的。
塞贝克效应就是一百多年前人们发现的温差电现象。
即在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差——接触电动势，同时闭合线路中就有电流流动，称为温差电流。
反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电流，就会使一个接点变冷，另一个接点变热。
这种现象称为珀尔帖效应。
此效应是由法国科学家Jean C．A．Peltier在1834年发
现的，亦称温差电现象。
由于半导体材料内部结构的特点，决定了它产
生的温差电效应比其它金属更显著。
所以热电制
冷都采用半导体材料，故亦称为半导体制冷。
由一块P型半导体和一块N型半导体联结成的
电偶，如图1—7所示。
当通过直流电流I时，P
型半导体内载流子(空穴)和N型半导体内载流子(电子)，在外电场作用下产生运动。
由于载流子(空穴和电子)在半导体内和金属片内具有的势
能不一样，势必在金属片与半导体接头处发生能量的传递及转换。
因为空穴在P型半导体内具有的势能，高于空穴在金属片内的势能，在外电场作用下，当空穴通过结点a时，就要从金属片I中吸取一部分热量，以提高自身的势能，才能进入P型半导体内。
这样，结点a处就冷却下来。
当空穴过结点b时,空穴将多余的一部分势能传递给结点b而进入金属片II,因此，结点b处就热起来。
同理，电子在N型半导体内的势能大于在金属片中的势能,在外电场作用下，当电子通过结点d时，就要从金属片III中吸取一部分热量,转换成自身的势能,才能进入N型半导体内。
这样结点d处就冷却下来。
当电子运动到达结点c时,电子将自身多余的一部分势能传给结点c而进入金属片II,因此节点c处就热起来。
这就是热电偶制冷与发热的基本原理。
如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端与发热端也随之互换。
一对电偶(由一块P型半导体和一块N型半导体组成)的制冷量是很小的，如此Φ6mm×
7mm的电偶对，其制冷量仅为0.92一1.16W。
为了获得较大的冷量,可将很多对电偶串联组成热电堆，称单级热电堆。
单级热电堆通常只能得到大约50℃的温差.为了得到更低的冷端温度，可用串联、并联及串并联的方法，组成多级热电堆，上一级热电堆的热端贴在下一级热电堆的冷端，下一级热电堆实际上起着上一级热电堆的散热器作用。
图1-a\b为二级热电堆串联和并联型式。
图1—8c为串并联三级热电堆结构示意。
半导体制冷是靠空穴和电子在运动中直接传递能量来实现的。
它与蒸汽压缩式和吸收式制冷比较有如下特点：
1)半导体制冷不用制冷剂，故无泄漏、无污染，清洁卫生。
2)半导体制冷无机械转动部分，因此工作无噪声、无磨损、寿命长、可靠性高、维修方便。
3)冷却速度和制冷温度可通过改变工作电流的大小任意调节，灵活性很大。
冷却速度快。
4)可用改变电流极性来达到冷热端互换的目的，故用于高温恒温器等场合有独到之处。
5)体积可以做得很小。
例如一个能达到一100℃低温的四级半导体制冷器，其外形尺寸
只有一个香烟盒大小。
6)制冷量可以很小。
制冷量可小至1W或更小。
7)半导体制冷需要供给直流电源。
8)半导体制冷器价格较高。
半导体制冷的主要缺点是大容量（制冷量）时效率太低，耗电量大约比蒸汽压缩式制冷大一倍。
但是，蒸汽压缩式等制冷方法的效率，与其制冷装置本身的容量大小有关。
容量越小，效率越低。
而半导体制冷的效率与其容量大小无关，即在制冷量极小时，仍保持其效率不变。
因此，对于制冷量仅几十瓦的场合，半导体制冷的效率高于其它制冷机。
例如，当温差小于50℃，制冷量在20W以下时，半导体制冷装置的效率比蒸汽压缩式高。
由于半导体制冷具有上述特点，在小冷量，小体积等场合下，能够起到其他制冷无法替代的作用。
目前半导体制冷在国防、电子、医疗等方面都已得到应用。
半导体冰箱、半导体空调器等已有产品。
综上所述，当制冷量很小时，就应优先考虑采用半导体制冷。
我国已生产半导体电偶元
件，可以根据要求的制冷量选用，组成半导体制冷装置。