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热电制冷原理及研究现状钱小龙 1 2019 10 20 当直流电通过具有热电转换特性的导体组成的回路时具有制冷功能这就是所谓的热电制冷 半导体制冷是热电制冷的一种 即直流电通过由半导体材料制成的PN结回路时 在PN结的接触面上有热电能量转换的特性 又由于半导体材料是一种较好的热电能量转换材料 在国际上热电制冷器件普遍采用半导体材料制成 因此称为半导体制冷 2 2020 1 8 3 2020 1 8 热电制冷器优点 1 结构简单 整个制冷器由热电堆和导线组成 没有运动部件 无噪音 无磨损 寿命长 可靠性高 2 制冷速度快 控制灵活 3 体积小 重量轻 维修方便 可以任何姿势工作 4 2020 1 8 4 操作有可逆性 把工作电流反向后即成为加热器 加热效率大与1 5 不使用制冷剂 故无泄漏 对环境无污染 5 2020 1 8 热电制冷基本原理 直流电通过半导体PN结时 在两结点的接面上会发生热电效应 它是由同时发生的五种不同效应综合作用的结果 包括塞贝克效应 珀耳帖效应 汤姆逊效应 焦耳效应 傅里叶效应 热电制冷主要是珀耳帖效应 6 2020 1 8 塞贝克效应 两种不同金属构成的回路中 如果两个接头处的温度不同回路中存在有一电动势 7 2020 1 8 珀耳帖效应 当两种不同的导体组成电路且通有直流电时 在一个接头处会放出热量 另一个接头处会吸收热量 Peltier在1834发现 8 2020 1 8 Peltier效应两种情形 金属 半导体 制热 制冷 9 2020 1 8 金属接触电位势 半导体接触电位势电子 空穴对 10 2020 1 8 汤姆逊效应电流通过一个单一导体 且该导体中存在温度梯度 就会有可逆的热效应产生 称为汤姆逊效应 汤姆逊热与通过的电流 温度梯度的乘积成正比 QT I T 11 2020 1 8 焦耳效应 傅里叶效应 12 2020 1 8 热电制冷原理图 13 2020 1 8 热电制冷的基本计算公式 帕尔贴热 式中 为接头上绝对温度沿热电臂导入冷接头的热量 则热电偶产冷量为 14 2020 1 8 在由 可得 在制冷量最大时电流为 得到最大温差 其中 15 2020 1 8 由于在最大温差下有 结合 得最大产冷量为 16 2020 1 8 最大效率状况 一般情形下有 当效率最大时 17 2020 1 8 将 代入 得 此时制冷量 18 2020 1 8 三个参数不独立导热率 19 2020 1 8 降低 方法 1 使用含重金属的化合物2 增大N极的原子数3 更为复杂的晶体结构 20 2020 1 8 发展趋势 寻找新型半导体
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