半导体制冷原理

半导体制冷原理

半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。

半导体制冷器特点

半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠， *** 作简便，易于进行冷量调节。但它的制冷系数较小，电耗量相对较大，故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合，如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却。

有的也用于家用冰箱，但不经济。半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。

半导体冰箱优缺点

半导体冰箱优缺点？我们所知道的半导体冰箱，也称之为电子冰箱，它具有良好的节能、环保效果，最有特色的就是可以随心选择自己想要的空间大小，分享半导体冰箱优缺点。

半导体冰箱优缺点1

一、半导体冰箱简介

半导体冰箱，也称之为电子冰箱。是一种在制冷原理上与普通冰箱完全不同的产品，它以一块40毫米见方、4毫米厚的半导体芯片通过高效环形双层热管散热及传导技术和自动变压变流控制技术实现制冷，被喻为世界最小的“压缩机”。由于半导体制冷器属电子物理制冷，根本不用制冷工质和机械运动部件，从而彻底解决了介质污染和机械振动等机械制冷冰箱所无法解决的应用问题，并在小容量低温冷藏箱方面具有更加显著的节能特性极具开发推广价值。

二、半导体冰箱优缺点——优点

1、无机械传动部件，无磨损，无噪音，寿命长。

2、无需制冷剂制冷(压缩式和吸收式都需要)，绝对环保。

3、效率高，耗电量低(在100W以下，耗电量只有压缩式和吸收式的一半)。

4、因为使用制冷片制冷，所以半导体冰箱可以做到任意大小，甚至有用usb接口供电的usb冰箱出现。

三、半导体冰箱优缺点——缺点

1、半导体冰箱在做较大的冰箱时成本较高，不利于大规模推广。

2、冰箱容积不能超过100升(高于100升，其制冷效果下降，耗电量增加)。

3、因为制冷片一面散热，而且产热多，所以必须使用散热设备，这也增加了半导体冰箱的成本，如果使用风扇，还会增加耗电量，产生轻微噪音。

4、制冷温度与环境温度有关(一般低于环境温度20度)，不能制冰 (此问题也可以通过多级制冷片串联来解决，但是串联后必须加强散热，否则容易烧毁制冷片)。

半导体冰箱优缺点2

压缩机冰箱和半导体冰箱哪种更省电

现在国内销售的复小冰箱主要是包括两种类型：半导体电子制冷小冰箱和压缩机小冰箱。半导体制冷小冰箱是指由半导体制冷芯片为制冷系统的'小冰箱，而压 缩机小冰箱是指由压缩机为制冷系统的小冰箱。两种小冰箱的制冷方式不同，各自制有各自的优势和特点。富信的小冰箱都是半导体电子制冷小冰箱，这种小冰箱无噪音，无振动，为您提供宁静空间；无任何制冷剂，不含氟无污染，环保健康，使用广泛，酒店、 家庭、学校百、办公室都适用。此外，电子小冰箱重量小，轻便易携，方便运输；性能稳定，节能高效，寿度命长，温控范围大概是5-15°，价格通常便宜过压缩机 。电子小冰箱只您食问物保鲜的最优选择。 而压缩机小冰箱比较笨重，不容易移动或运输。在运行过程中会有些振动和噪音，甚至会影响的食物的储存，尤其是红酒，红酒在储存时，如果经常受到不 当的震荡，会答影响微生物的再发酵过程。与电子小冰箱相比，压缩机最大的优势在于具有冷冻结冰功能。

谁能讲解一下半导体冰箱原理

1，总体分为，箱体结构、制冷e68a84e799bee5baa6e997aee7ad9431333361326364系统、电气系统、和其他附件。2、箱体结构由箱体、门体、及内部的配件等组成，主要起结构支撑和内部放置物品之用，其结构 设计直接影响冰箱的美观和使用，内部的搁架可调节。3、制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管、温控器、电磁阀、制冷剂和其他的一些附件组成为冰箱提供冷量的来源。4、电气系统：主要由温控系统、电器保护系统、照明系统等组成，它是冰箱的大脑，电气系统的 好坏直接影响冰箱日常的可靠性和适应性。一些家居家电售后维修养护可以在师傅邦看看，都是比较实用的生活问题不同的冰箱工作原理基本相同，只是工作方式不一样1）压缩式电冰箱：该种电冰箱由电动机提供机械能,通过压缩机对制冷系统作功.制冷系统利用低沸点的制冷剂,蒸发时,吸收汽化热的原理制成的.其优点是寿命长,使用方便,目前世界上91～95％的电冰箱属于这一类.目前常用的电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”,把冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面.2）吸收式电冰箱：该种电冰箱可以利用热源（如煤气、煤油、电等）作为动力.利用氨－水－氢混合溶液在连续吸收－扩散过程中达到制冷的目的.其缺点是效率低,降温慢,现已逐渐被淘汰.3）半导体电冰箱：它是利用对PN型半导体,通以直流电,在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱.4）化学冰箱：它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱.5）电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱.其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同.

半导体冰箱优缺点3

一、半导体冰箱怎么样

优点：

1、无机械传动构件，无损坏，无噪音，长寿命

2、不用制冷剂致冷(压缩式和吸收式都必须)，绝对节能环保

3、效率高，耗电量低(在100W以下，耗电量只有压缩式和吸收式的一半)

4、由于采用制冷片致冷，因此半导体冰箱能够做到随意尺寸，甚至有用usb接口供电的出现。

缺点

1、致冷温度与环境温度相关(一般低于环境温度20度)，不可以制冰

(此问题还可以根据多级制冷片串连来处理，但是串联后必需提升散热，不然易于损坏制冷片)

2、冰箱容量不可以超出100升(高于100升，其致冷实际效果降低，耗电量提升)

3、由于制冷片一边散热，并且产热多，因此必需应用散热设备，这也提升了半导体冰箱的成本，要是采用风扇，还会提升耗电量，造成轻度噪声。

二、半导体冰箱维修

半导体冰箱在出现故障时我们能够采用如下办法完成排查：

1、首先判断电源线插头是否接上，有没有通电，一般情况下，半导体使用冰箱的电压都是12v直流电，有电表明一切正常，不插电表明是插上半导体制冷片后电路无电压输出。

2、次之考虑到半导体冰箱与环境温度问题，通常状况下我们需看制冷片是不是安好，我们把半导体制冷片拿出来擦干静，随后再装好，有电两三秒钟，要是还能觉得到一面冷一面热，那就说明制冷片没有问题，否则可能是烧毁制冷片或是制冷片毁坏。

三、半导体冰箱使用的注意事项

1、半导体冰箱可以制冷或制暖，不可以制冰，不可以用于储放冰激凌等冷冻食品，不具有像压缩机冰箱相同的致冷效果。

2、半导体冰箱只能降至比环境温度低20℃-25℃的温度，最少能制冷到5℃，但并不是说环境温度为10℃时，箱内能降低到-10℃。

3、请维持半导体冰箱通风口与散热孔的通畅，特别注意按时清洁风扇或防尘套上的灰尘。

4、切忌将物品塞到半导体冰箱散热孔和进气口孔处、半导体冰箱使用时应远离热源。

5、当加温作用和致冷作用实现转换时，必需关闭电源，等候5分钟后启动冰箱。

6、清洗半导体冰箱时，请关闭全部电源、请不必应用硬物和强效清洁剂清洁冰箱。

7、确定半导体冰箱的变化温度和环境温度，这些将提供给你可期望的半导体冰箱能达到温度方面的粗略指导，制冷温度标示通常为：可达到低于环境温度20度以下。

四、半导体冰箱使用方法

半导体电子冰箱那样的商品，应用了半导体的主机，因此在用到时有有别于一般冰箱之处：

1.冰箱在接入开关电源后就开使制冷/制热，1钟头后放进预先水冷却或预先加热的食材，会使致冷或制暖效果更强。制热模式下，不必用来加热牛奶等食品或饮料，它只是用于为事先加热的食物保温用的。

2.运用时开门不必过于频烦，也不必长期开门以免冷气或热气散失。

3.如在制冷与制热中间变换时，请先将开关调在“0”，5分钟后应用，在此期间应开门散气。

4.在车上用车载冰箱时，应确保直流电源导线不影向你的驾驶。考虑冰箱放置部位的安全性，以防影响驾驶。

半导体制冷又称温差电制冷、或热电制冷。是未来电冰箱制冷技术发展的一个方向。半导体制冷是利用特种半导体材料，制成制冷器件，通电后直接制冷，因此得名半导体制冷。

用两种不同金属组成一对热电偶，当在热电偶中通以直流电流时，将在电偶的不同结点处，产生吸热和放热现象，这种现象称为珀尔帖效应。

利用珀尔帖效应制成的半导体制冷器的电偶，是由一种特制的N型和P型半导体组成的。N型半导体是靠电子导电的，而P型半导体是靠所谓“空穴”来导电的。

不论N型半导体中的自由电子，还是P型半导体中的空穴，它们都参与导电，统称为“载流子”，由“载流子”导电的现象，是半导体所特有的。

半导体制冷原理是把一个P型半导体和一个N型半导体，用铜连接片焊接而成电偶对，如图2-7所示。当直流电流从N型半导体流向P型半导体时，则在2、3端的铜连接片上产生吸热现象，此端称为冷端；而在1、4端的铜连接片上产生放热现象，此端称为热端。如果电流方向反过来，则冷、热端将互换。

图2-7 半导体制冷器电偶对的工作原理

当这个制冷器件中通入一定数量的直流电时，冷端会逐渐冷却下来，并出现结霜；而热端的温度逐渐升高，并向周围环境放热。载流子在金属和半导体中的势能大小是不同的，所以载流子在流过结点时，必然会引起能量的传递。当电流的极性如图2-7所示，电子从电源负极出发经金属片—结点4—P型半导体—结点3—金属片—结点2—N型半导体—结点1—金属片，回到电源正极。由于左半部是P型半导体，导电方式是空穴型的，空穴的流动方向与电子流动方向相反。所以空穴是从金属片—结点3—P型半导体—结点4—金属片，回到电源负极。

空穴在金属中具有的能量、低于在P型半导体中空穴所具有的能量：当空穴在电场作用下，由金属片通过结点3到达P型半导体时，必须增加一部分能量，但空穴本身是无法增加能量的，只有从金属片中吸收能量、并把这部分热能转变为空穴的势能，因此，在结点3处的金属片被冷却下来。当空穴沿P型半导体通向结点4流向金属片时，由于P型半导体中空穴能量大于金属中空穴的能量，因而要释放出多余的势能，并将其以热能的形式放出来，所以结点4处的金属被加热。

图2-7中右半部是N型半导体与金属的联结，是靠自由电子导电的，而电子在金属中的势能低于N型半导体中电子的势能。在电场作用下，电子从金属中通过结点2到达N型半导体时，必然要增加势能，这部分势能也只能从金属片的热能取得，因此使结点2处的金属片“冷却”下来。当电子从N型半导体经过结点1流向金属片时，因电子是由势能较高的地方流向势能较低的地方，故释放出多余的势能，并将其变成热能，使结点1处的金属片加热，这样上部的金属片被冷却下来，成为冷端；而下部的两个联接片均放出热量，成为热端。

当电源正负极性调换时，因电子空穴的流动方向将与上述相反，故冷热端将互换。

综上所述，半导体制冷的吸热和放热是由载流子（电子和空穴）流过结点时，由势能的变化而引起能量的传递，这就是半导体制冷的本质。

由于一个电偶对产生的热电效应较小（一般约为1.163W左右，视元件的尺寸大小而异），所以实际应用时是将数十个电偶对串联起来，将冷端放在一起，热端放在一起，称为热电堆，将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器，如图2-8所示。其特点是结合强度高、接触热阻小，适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘，在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。

图2-8 半导体制冷器的热电堆

我国目前应用的制冷半导体材料，多数是以碲化铋为基体的三元固熔体合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3；N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半导体材料性能的限制，目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低，耗电量约大1倍。但在几十瓦小能量的情况下，由于半导体制冷器的效率与能量大小无关，故对微小型制冷装置，反而比压缩式经济。此外由于半导体制冷器必需使用直流电源，价格贵，使它的应用受到一定的限制。

---