实验三 热电制冷原理演示装置实验

实验三热电制冷原理演示装置实验

一、实验目的和要求

通过本实验了解和掌握热电式（半导体）制冷装置的结构构成、工作过程、工作原理及特性。掌握环境温度、冷却水（空气）对热电制冷过程的影响。

二、实验装置的组成和工作原理

1. 吸附实验装置的组成

本实验装置由热电堆、直流电源、热端铜板、冷端铜板、导线、冷却水泵及测试仪表等组成。实验装置的系统原理如图1所示。

图1 热电制冷系统原理图

三、工作原理

热电制冷是一种以温差电现象为基础的制冷方法。它利用珀尔帖效应原理达到制冷目的，即在两种不同金属组成的闭合线路中，通以直流电流，会产生一个接点热，另一个接点冷的现象，称做温差电现象。半导体材料所产生的温差电现象较其他金属要显著得多，一般热电制冷都采用半导体材料，所以又称之为半导体制冷。

图2示出了由一块P型半导体材料和一块N型半导体材料连接成的电偶，通以直流电后制取冷量的情况。由于P型半导体内载流子（空穴）和N型半导体内的载流子（电子）与金属片中所具有的载流子势能不同，必然会在半导体材料和金属片的结点上发生能量的传递与转换。因为空穴在P 型半导体内具有的势能高于其在金属片内的势能，在外电场作用下当空穴通过接点a时，需要从金属片中吸取一定的热量，用以提高自身的势能才能进人P型半导体内。因而a处温度就会降低形成冷接点。当空穴通过b接点时，需要将多余的一部分势能留给接点，才能进人到金属片中，这时接点b处温度会升高，形成热结点。

图2 基本热电偶制冷回路

同理，在外电场作用下电子通过热电偶回路时，也将引起d接点降温形成冷接点，c接点升温形成热接点。

在回路中冷、热接点可以根据制冷或制热的需要得到利用。而且将电源极性互换时，电偶对的制冷端和发热端也随之互换。

四、实验方法和步骤

在正式实验之前，先部分打开水阀，检查冷却水回路是否有泄漏或堵塞。在确认无误后，将水阀开大，使冷却水回路开启。然后，接通热电制冷器的电源。

观察热电制冷器冷端（铝制圆柱形容积）温度测点的变化，看是否有结露或结霜现象，同时观察冷却水进出口温度的变化，并作实验数据记录。

改变冷却水的温度，重复上述实验，看对制冷器的制冷性能（如制冷器冷端温降速率，最低制冷温度等）是否有影响。

五、实验记录及数据处理

班级姓名学号试验日期得分

序号测试

时间

冷却水进

口温度

（℃）

冷却水出

口温度

（℃）

环境温度

（℃）

制冷器冷

端起始温

度（℃）

制冷器冷

端制冷温

度（℃）

制冷器降

温速率

（℃/min）

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

六、思考题

1.试述热电制冷的基本原理。

2.热电制冷装置的特点及其应用领域有哪些？

3.试述热电制冷循环所采用的热电堆级有哪几种联结方式？

4.试通过实验，说出冷却水温度对热电制冷系统性能的影响关系。