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制冷片
來源:互聯網

制冷片也叫熱電半導體制冷組件,帕爾貼等,是指一種分為兩面,一面吸熱,一面散熱,起到導熱的貼片,本身不會產生冷。

產品簡介

一、預備知識:

1.Peltier effect(珀爾帖效應):

珀爾帖效應的論述很簡單——當電流通過熱電偶時,其中一個結點散發熱而另一個結點吸收熱,這個現象由法國物理學家Jean Peltier在1834年發現。

2.P型半導體

半導體材料的一種形式,其導帶中的空穴密度超過了價帶中的電子密度。P型材料通過增加受主(acceptor)雜質來形成,例如在硅上摻雜硼。

3.N型半導體

半導體材料的一種形式,在導帶中的電子密度大于在價帶中的空穴密度的半導體,N型材料通過對硅的晶體結構中加入施主雜質(摻雜)——比如或磷——來得到。

珀爾帖效應應用

半導體制冷器是由半導體所組成的一種冷卻裝置,于1960左右才出現,然而其理論基礎Peltier effect可追溯到19世紀。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路。

通上電源之后,冷端的熱量被移到熱端,導致冷端溫度降低,熱端溫度升高,這就是著名的Peltier effect。這現象最早是在1821年,由一位德國科學家Thomas Seeback首先發現,不過他當時做了錯誤的推論,并沒有領悟到背后真正的科學原理。到了1834年,一位法國表匠,同時也是兼職研究這現象的物理學家 Jean Peltier,才發現背后真正的原因,這個現象直到近代隨著半導體的發展才有了實際的應用,也就是[致冷器]的發明(注意,這種叫致冷器,還不叫半導體致冷器)。

三、半導體致冷法的原理以及結構:

半導體熱電偶由N型半導體和P型半導體組成。N型材料有多余的電子,有負溫差電勢。P型材料電子不足,有正溫差電勢;當電子從P型穿過結點至N型時,結點的溫度降低,其能量必然增加,而且增加的能量相當于結點所消耗的能量。相反,當電子從N型流至P型材料時,結點的溫度就會升高。

直接接觸的熱電偶電路在實際應用中不可用,所以用下圖的連接方法來代替,實驗證明,在溫差電路中引入第三種材料(銅連接片和導線)不會改變電路的特性。

這樣,半導體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求。把一個P型半導體元件和一個N型半導體元件聯結成一對熱電偶,接上直流電源后,在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。

在上面的接頭處,電流方向是從N至P,溫度下降并且吸熱,這就是冷端;而在下面的一個接頭處,電流方向是從P至N,溫度上升并且放熱,因此是熱端。

因此是半導體致冷片由許多N型和P型半導體之顆粒互相排列而成,而N/P之間以一般的導體相連接而成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導體,最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來,陶瓷片必須絕緣且導熱良好,外觀如下圖所示。

技術應用

半導體制冷片作為特種冷源,在技術應用上具有以下的優點和特點:

1、不需要任何制冷劑,可連續工作,沒有污染源沒有旋轉部件,不會產生回轉效應,沒有滑動部件是一種固體片件,工作時沒有震動、噪音、壽命長,安裝容易。

2、半導體制冷片具有兩種功能,既能制冷,又能加熱,制冷效率一般不高,但制熱效率很高,永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。

3、半導體制冷片是電流換能型片件,通過輸入電流的控制,可實現高精度的溫度控制,再加上溫度檢測和控制手段,很容易實現遙控、程控、計算機控制,便于組成自動控制系統。

4、半導體制冷片熱慣性非常小,制冷制熱時間很快,在熱端散熱良好冷端空載的情況下,通電不到一分鐘,制冷片就能達到最大溫差。

5、半導體制冷片的反向使用就是溫差發電,半導體制冷片一般適用于中低溫區發電。

6、半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小,但組合成電堆,用同類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

7、半導體制冷片的溫差范圍,從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現。

應用領域

通過以上分析,半導體溫差電片件應用范圍有:制冷、加熱、發電,制冷和加熱應用比較普遍,有以下幾個方面:

1、軍事方面:導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導航系統。

2、醫療方面;冷力、冷合、白內障摘除片、血液分析儀等。

3、實驗室裝置方面:冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實驗儀片。

4、專用裝置方面:石油產品低溫測試儀、生化產品低溫測試儀、細菌培養箱、恒溫顯影槽、電腦等。

5、日常生活方面:空調、冷熱兩用箱、飲水機、電子冰箱等。此外,還有其它方面的應用,這里就不一一提了。

參考資料 >

半導體制冷技術的應用及其優勢.知乎.2024-08-26

半導體制冷片的應用.百家號.2024-08-30

半導體制冷晶片應用.百家號.2024-08-26

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