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。
热电效应
1.4.1.1 热电效应热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应（即帕米尔效应）的一种制冷方法。
1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷。
这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时，两个接头处分别发生了吸放热现象。
这就是热电制冷的依据。
半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。
图1示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。
用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，铜板和铜导线只起导电的作用。
此时，一个接点变热，一个接点变冷。
如果电流方向反向，那么结点处的冷热作用互易。
热电制冷器的产冷量一般很小，所以不宜大规模和大制冷量使用。
但由于它的灵活性强，简单方便冷热切换容易，非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。
热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
1. 西伯克(seebeck)效应有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，这开路中将产生电动势E。
这就是西伯克效应。
由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势。
材料的西伯克效应的大小，用温差电动势率表示。
材料相对于某参考材料的温差电动势率为(1)由两种不同材料P、N所组成的电偶，它们的温差电动势率等于与之差，即(2)热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶。
两材料对应的和，一个为负，一个为正。
取其绝对值相加，并将直接简化记作，有(3)2. 帕尔帖(peltire)效应电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。
这就是帕尔帖效应。
由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号表示。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。
热电制冷工作原理
热电制冷工作原理热电制冷技术是一种通过热电材料的特殊性能来实现冷却的技术。
它具有环境友好、高效节能的特点，被广泛应用于冰箱、空调等领域。
本文将介绍热电制冷的工作原理及其应用。
一、热电制冷的基本原理热电制冷是基于热电效应而实现的一种制冷方法。
热电效应是指在一些特定的材料中，当材料两端存在温差时，会产生电压差，从而产生电流。
而根据热电效应的反转性，当在热电材料中加上电压时，会产生温差，实现热传导。
基于这种特性，热电制冷通过在热电材料上施加电压差来调节温度，并实现冷却效果。
二、热电效应的应用热电效应主要应用在热电材料中的半导体材料上，如铋锑(Bi-Sb)合金、硒铋(Sb2Te3)等。
这些材料具有良好的热电性能，可在温差存在时产生较大的热电效应。
热电制冷器件通常由热电材料片和金属电极组成，通过施加电压将热电材料片分为热端和冷端，从而实现冷却效果。
三、热电制冷的工作过程热电制冷的工作过程可以分为四个基本步骤：加热端吸热、冷端排热、外电源供电、制冷效果。
1. 加热端吸热：在热电制冷器件中，加热端位于需要冷却的物体附近，通过与物体接触来吸收热量。
当加热端与物体接触时，热电材料片中的温度会升高，同时产生电压差。
2. 冷端排热：冷端则位于制冷器设备的散热器上，通过与散热器接触来排放热量。
由于冷端的温度较低，热电材料片中的热量会通过散热器散发出去。
3. 外电源供电：为了保持热电制冷器件的工作状态，需要向热电材料施加一个电压，一般为直流电源提供的电压。
电压的正负极性决定了热电制冷器件的制冷方向，即通过控制正负电压来实现制冷和加热。
4. 制冷效果：通过施加电压，热电制冷器件会产生温差，并通过热传导来实现冷却效果。
电压差越大，温差越大，制冷效果越好。
四、热电制冷的应用领域热电制冷技术在许多领域都有着广泛的应用。
其中最常见的是家用电器领域，如冰箱、空调等。
热电制冷技术在这些设备中的应用，可以提高能源利用效率，减少对环境的伤害。
帕尔贴效应半导体制冷
帕尔贴效应半导体制冷一、帕尔贴效应的基本原理帕尔贴效应，也被称为热电效应，是一种由于电荷载体在不同材料之间的转移而产生的热能与电能相互转换的现象。
这一现象是由法国物理学家皮尔兹在1834年发现的。
帕尔贴效应是热电转换的三种基本效应之一，另外两种分别是塞贝克效应和皮尔兹效应。
帕尔贴效应主要表现在两种不同金属的连接处，当这个连接处受到温度梯度（即温度在不同方向上改变）的影响时，会产生电动势。
这个电动势的大小与连接处的温度梯度成正比。
简单来说，就是当两种不同的金属之间存在温度差时，帕尔贴效应会使其中一种金属产生电子流，从而使另一种金属产生相反的电流。
二、半导体制冷的工作原理半导体制冷，也被称为热电制冷或温差电制冷，是利用帕尔贴效应实现制冷的一种技术。
半导体制冷系统主要包括一个P型半导体和一个N型半导体，当直流电通过这两个半导体时，会在其连接处产生帕尔贴效应，从而实现热能的转移。
具体来说，当直流电通过P型半导体和N型半导体时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子会向连接处移动，并在那里释放热量。
由于帕尔贴效应的作用，热量会从P型半导体的一侧流向N型半导体的一侧。
这样，通过控制电流的大小和方向，就可以实现对温度的精确控制。
三、半导体制冷技术的优缺点1、优点：(1)无制冷剂、无机械运动部件，因此可靠性高、寿命长；(2)精确的温度控制：由于半导体制冷依赖于帕尔贴效应，因此温度控制精度高；(3)结构简单、体积小、重量轻；(4)维护方便：由于没有制冷剂和机械运动部件，因此只需要定期检查和清洁连接处即可。
2、缺点：(1)效率较低：相比于传统的制冷技术，半导体制冷的效率较低；(2)需要较高的电源：为了实现较高的制冷效果，需要较高的直流电源；(3)制冷的范围受到限制：由于半导体制冷的制冷范围较小，因此只适用于小型应用场景；(4)制冷的均匀性较差：由于半导体制冷依赖于帕尔贴效应，因此制冷的均匀性较差。
四、帕尔贴效应半导体制冷的实际应用尽管半导体制冷存在一些缺点，但由于其无制冷剂、无机械运动部件、结构简单、体积小、重量轻等优点，因此在一些特定领域得到了广泛应用。
半导体温差制冷原理
半导体温差制冷原理
半导体温差制冷原理是一种利用半导体材料的特性来实现制冷的技术原理。
该原理基于热电效应和半导体材料的热电耦合效应。
半导体温差制冷原理的核心是热电效应，即通过加热和冷却不同的半导体材料来产生温差。
通过布置不同材料的热电偶，可以形成由N型和P型半导体材料组成的热电堆。
当电流通过热电堆时，N型材料中的电子被加热，而P型材料中的电子则被冷却。
由于热电偶的热电效应，电子从热端移动到冷端，形成所需的制冷效果。
半导体温差制冷原理中的热电耦合效应也起着重要的作用。
热电耦合效应是指当两个不同温度的导体发生接触时，由于电子的能量差异，电子将从高温导体传输到低温导体。
这种电子运动的转换过程中，释放或吸收热量，从而实现制冷效果。
半导体温差制冷原理与传统的压缩式制冷技术相比具有许多优势。
首先，它不需要制冷剂，无需机械运动，因此具有更低的噪音和振动。
其次，半导体材料具有较小的体积和重量，便于在各种应用中使用。
此外，半导体温差制冷技术具有快速响应和高精度的特点，能够实现微型化和智能化的制冷系统。
总结来说，半导体温差制冷原理是一种利用半导体材料热电效应和热电耦合效应来实现制冷的技术。
它具有无制冷剂、低噪音、小体积、高精度等优点，有望在各种应用领域中得到广泛的应用。
热电制冷原理探究
热电制冷原理探究热电制冷是一种利用热电材料的热电效应实现冷却的技术。
本文将探究热电制冷的原理及其应用。
首先，我们需要了解热电效应的基本概念和原理。
1. 热电效应的基本概念和原理热电效应指的是在电导体的两端形成温差时，会产生电压或电流的现象。
热电效应分为Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
其中，Peltier效应是热电制冷的基础。
2. Peltier效应Peltier效应是指当电流通过两种不同的导体材料（通常为两种半导体材料）交替通过时，在接触处会产生冷热交换的现象。
这是由于电流通过导体时，导体中电子的热运动会被限制，从而导致温度升高或降低。
3. 热电制冷的原理热电制冷是利用Peltier效应，通过将电流通过两种不同的半导体材料，来实现对物体冷却的技术。
当电流通过半导体材料时，其中的电子会被限制在一个区域内，导致该区域温度升高，而另一侧的半导体材料由于电子的流动，使该区域温度下降，形成冷热交换。
这种冷却效应可被用于冰箱、空调等设备中。
4. 热电制冷的应用4.1 冰箱与制冷热电制冷技术在冰箱制冷领域有着广泛应用。
传统冷藏设备常采用制冷剂循环原理，而热电制冷则可实现无CFC（氟氯碳化合物）的环保制冷。
热电制冷设备小巧、体积轻便，适用于一些特殊环境和场合。
4.2 汽车空调热电制冷在汽车空调中的应用也备受关注。
传统汽车空调需要由发动机驱动，而热电制冷可大大减少对发动机的负荷，从而提高燃油效率。
此外，热电制冷设备不需要制冷剂，降低了对环境的污染。
4.3 纳米制冷热电材料常见的应用之一就是纳米制冷器件。
纳米制冷器件由纳米结构热电材料构成，其小尺寸优势使得其具有快速响应、高效率的特点。
4.4 光电子器件热电光电子器件是近年来的热点研究方向之一。
热电光电子器件可将太阳能等辐射能转化为电能，具有清洁能源的潜力。
5. 热电制冷技术的发展前景随着环境保护和能源节约意识的增强，热电制冷技术得到了广泛的研究和应用。
热电制冷
第六节 热电制冷技术 －半导体制冷
半导体及其 基本特性
？什么是半导体 物体按导电能力分类
导体——具有良好的导电能力的物体 （如铜、银、铝） 半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的物 体（如锗、硅、砷化镓及 许多金属氧化物） 绝缘体——导电能力很差的物体（如橡胶、塑 料、陶瓷等）
半导体的特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性
谢应明?吸收式制冷循环?吸附式制冷循环?喷射式制冷循环?压缩式气体制冷循环?气体涡流制冷?热电制冷主要内容?了解各种非压缩蒸气式制冷方法和工作原理?了解非压缩蒸气式制冷机组的结构和特点?了解主要非压缩蒸气式制冷机组的设计计算?了解非压缩蒸气式制冷技术的现状和发展教学目标和任务?制冷原理与装置郑贤德机械工业出版社2000?制冷原理与设备张祉祐西安交通大学机械工业出版社1993?溴化锂吸收式制冷机戴永庆机械工业出版社1995?吸附式制冷王如竹机械工业出版社2002?网络
一对电偶的制冷量是很小的，如φ 6xL7 的电偶对,其制冷量仅为3.3～4.2kJ/h
Байду номын сангаас
为了获得较大的冷量可将很多对电偶对 串联成热电堆，称单级热电堆
单级热电堆在通常情况下只能得到大约 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出多级热电 堆，图5-20示出多级热电堆的结构型式。
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二、制冷量计算
当电偶对通以直流电I 时，因珀尔贴效 应产生的 吸热量 与电流I 成正比
式中
——珀尔贴系数
Q I
它与导体的物理化学性质有关，可按下式计算
( P N )Tc
式中α －半导体材料的温差电系数，v/℃， α p是正值、α N是负值 Tc —冷端温度，℃
热电制冷原理
热电制冷原理
热电制冷原理是一种利用热电材料的热电效应来实现制冷的技术。
热电材料是一种具有特殊电热性质的材料，能够将热能转化为电能，或者将电能转化为热能。
热电制冷的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：
1. Seebeck效应：当热电材料的两个不同温度的接触点产生温
度差时，会产生一个电压差，这个现象被称为Seebeck效应。
这是因为热电材料中的带电粒子（电子或空穴）会因为温度差而发生扩散运动，从而产生电势差。
2. Peltier效应：当外加电流通过热电材料时，会在热电材料的
两个接触点产生热量的转移。
这个现象被称为Peltier效应。
通过控制电流的方向，可以实现热量的从冷端吸收到热端释放，或者从热端吸收到冷端释放。
3. 制冷效果：通过将热电材料制成多层层片，在冷端和热端之间形成热电堆。
当冷端吸收热量，热端释放热量时，可以实现冷却效果。
通过不断循环电流，可以持续地进行制冷。
热电制冷技术具有许多优点，比如没有移动部件，可靠性高；体积小、重量轻；无噪音、无震动；制冷温度范围宽等。
因此，它被广泛应用于一些小型制冷设备，如便携式冰箱、汽车冷藏箱等领域。
简述热电制冷的原理及应用
简述热电制冷的原理及应用一、热电制冷的原理热电制冷原理是基于热电效应的一种制冷技术，利用热电材料在电流作用下会发生热电冷却的特性。
热电材料通常由两种半导体材料（P型和N型）组成，当电流通过该材料时，电子会在两种材料间进行能量转移，从而使得一侧的材料吸热，另一侧则放热，实现制冷效果。
这种基于热电效应的制冷技术具有许多优点，如无需制冷剂、无噪音、无振动以及可靠性高等。
二、热电制冷的应用热电制冷技术在许多领域具备广泛的应用前景，下面是一些主要的应用领域：1. 电子器件散热由于电子器件的工作会产生大量的热量，过高的温度可能会影响其性能甚至导致故障。
热电制冷技术可以应用于电子器件散热，通过将热电元件与散热片相结合，在电子器件表面形成冷热分布，将热量从设备中转移出来，实现散热的目的。
2. 生物医学领域在生物医学领域，热电制冷技术可以用于组织冷冻保存、热敏感药物的运输以及医疗设备的制冷等方面。
比如，在组织冷冻保存过程中，热电制冷技术可以提供稳定的低温环境，避免组织损伤。
3. 空调和制冷设备热电制冷技术也可以应用于空调和制冷设备中，以替代传统的压缩机制冷技术。
通过热电材料的冷却作用，可以实现低温空气的制备，并提供持续的制冷效果。
与传统制冷设备相比，热电制冷技术具有体积小、无振动、无噪音等优点，更适合一些特殊场合的应用。
4. 光电子器件在光电子器件中，由于高功率光子器件的热效应会导致光子器件的性能下降，热电制冷技术可以用于控制光子器件的温度，提高其工作效率和寿命。
热电制冷技术可以通过控制光子器件表面的温度分布，使其处于最佳工作状态。
5. 太阳能利用在太阳能利用中，热电制冷技术可以用于太阳能电池板的冷却，提高太阳能电池板的转换效率。
通过热电制冷技术，可以将太阳能电池板表面产生的热量转移到其他地方，保持电池板的冷却状态，提高太阳能利用效率。
6. 航天航空领域热电制冷技术在航天航空领域具有重要的应用价值。
在航天器中，由于太空中的温度极端，热电制冷技术可以用于控制航天器内部的温度，保持设备正常工作。
热电(温差)制冷
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。
热电制冷
热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应（即帕米尔效应）的一种制冷方法。
1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷。
这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时，两个接头处分别发生了吸放热现象。
这就是热电制冷的依据。
半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。
图1示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。
用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，铜板和铜导线只起导电的作用。
此时，一个接点变热，一个接点变冷。
如果电流方向反向，那么结点处的冷热作用互易。
热电制冷器的产冷量一般很小，所以不宜大规模和大制冷量使用。
但由于它的灵活性强，简单方便冷热切换容易，非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。
热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
半导体制冷技术原理与应用
半导体制冷技术原理与应用李洪斌 杨 先半导体制冷(Semiconductor refrig eration)又称电子制冷、温差制冷或者热电制冷,是上世纪60年代后迅速发展起来的一项制冷技术。
与普通制冷技术不同,半导体制冷不采用压缩机和制冷剂,不依赖制冷剂的相变传递热量,在直流电流通过具有热电转化效应的导体组成的回路时,利用热量转移特性制冷,是一种科技含量高的全新制冷技术。
半导体制冷系统无压缩机和制冷工质、结构简单、成本低、寿命长、绿色环保,工作过程无振动、无噪音,也不必担心工质泄露破坏大气层,目前已在低温超导技术、低温生物学、低温外科学,低温电子学,通讯技术,红外技术,激光技术,以及空间技术等领域广泛应用。
一、半导体制冷原理及特点热电效应是半导体制冷的最基本依据,其中最著名的是塞贝尔效应和珀尔帖效应。
1821年塞贝尔发现在用两种不同导体组成闭合回路中,当两个连接点温度不同时(T 1<T 2),导体回路就会产生电动势(电流),即塞贝尔效应(图1)。
1834年,法国科学家珀尔帖在此基础上做了一个相反的实验:用两种不同导体组成闭合回路,并通直流电,连接处出现了一端冷、一端热的现象,即珀尔帖效应。
显然其本质就是塞贝尔效应的逆效应(图2)。
图1塞贝尔效应图2 珀尔贴效应普通金属导体的珀尔帖效应微弱,制冷效果不佳。
例如当时曾用金属材料中导热和导电性能最好的锑-铋(Sb -Bi)热电偶做成制冷器,但其制冷效率还不到1%,根本没有实用价值,因此珀尔帖效应长时间不受重视。
但是随着材料科学的进一步发展,人们发现半导体材料的珀尔帖效应远强于普通金属。
由3块金属板(1、2、3)和一对电偶臂(由一块P 型半导体和一块N 型半导体构成)组成的热电偶,在通以图3所示的电流时,金属板1会从周围吸收热量,而金属板2、3则释放热量。
金属板1作为工作端可达到制冷目的,将电源极性反过来(即通以反方向电流),金属板2、3吸收热量,金属板1释放热量,还把板1作为工作端,就是制热器了。
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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。