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半导体制冷技术研究
半导体制冷技术研究
来源:中制冷设备网    2009-6-4
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     摘要:本文讨论了目前半导体制冷技术存在的问题,详尽分析了半导体制冷的特点、应用及发展动向。
关键词:半导体,制冷技术,半导体制冷技术 


     传统空调和冰箱制冷技术采用氟利昂或其它化合物制剂来实现制冷,氟利昂或其它化合物制剂的泄漏,对周围环境会造成一定的污染,更主要的是这些制冷剂对大气臭氧层具有强烈的破坏作用,已经相继被淘汰出局。而现代化高科技的半导体制冷技术,不需任何制冷剂,仅仅利用半导体的珀尔帖效应就能实现制冷。在致力于保护全球环境的今天,研制开发一种性能优越,对环境无害的制冷技术已经成为全球制冷技术科学研究领域的一个重要课题。所以半导体制冷技术具有广阔的发展前景。导体的热电效应主要包括:塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应和傅里叶效应。而半导体制冷技术是利用了珀尔帖效应。
     珀尔帖效应是塞贝克效应的逆效应,珀尔帖效应所产生的热量称为珀尔帖热,其大小与回路的电流强度成正比,方向将随着电流方向的改变而发生变更,即冷端与热端互换。
      其机理主要是电荷载体在不同的材料中处于不同的能量级,在外电场的作用下,电荷载体从高能级的材料向低能级的材料运动时,便会释放出多余的能量。反之,电荷载体从低能级的材料向高能级的材料运动时,需从外界吸收能量。能量在不同材料的交接面以热的形式放出或吸收。金属材料的珀尔帖效应较微弱,而半导体材料的珀尔帖效应则强得多,所以在实际工程中采用半导体制冷。

 

1 半导体制冷技术的特点
与压缩式制冷机相比,半导体制冷器具有以下优点:
(1)无运动部件,因而工作时无噪声,无磨损、寿命长,可靠性高。
(2)不使用制冷剂,故无泄漏,对环境无污染。
(3)半导体制冷器参数不受空间方向的影响,即不受重力场影响,在航天航空领域中有广泛的应
用。
(4)作用速度快,工作可靠,使用寿命长,易控制,调节方便,可通过调节工作电流大小来调节
器制冷能力。也可通过切换电流的方向来改变其制冷或供暖的工作状态。
(5)尺寸小,重量轻,适合小容量、小尺寸的特殊的制冷环境。
半导体制冷器虽有许多优点,但也有一些缺点有待克服。
(1)在大制冷量的情况下,半导体制冷器的制冷效率比机械压缩式冷冻机低。因此,半导体制冷器只能用作小功率制冷器。
(2)电偶对中的电源只能使用直流电源,如果使用交流电源,就会产生焦耳热,达不到吸热降温的目的
(3)电偶堆元件采用高纯稀有材料,再加上工艺条件尚未十分成熟,导致元件成本比较高,目前还不能在普通制冷领域广泛使用。

 


编审: 杨科  

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