第六节 半导体制冷

1、 第六节 半导体制冷一、基本概念一、基本概念 半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷。具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时有制冷功能，因此而得名热电制冷。由于半导体材料具有最佳的热电能量转换特性，它的应用才真正使热电制冷实用化，为此人们又把热电制冷称为半导体制冷。 半导体制冷特点： 这种制冷新技术与传统的制冷方法不同，既没有制冷剂，又无复杂的机械设备和管路系统只要给热电制冷器通电，几分钟后就会结上一层雪白的冰霜，既方便又迅速。因此，它开辟了制冷技术的一个新分支，解决了许多特殊场合的制冷难题，其应用有着十分广阔的前景。 二、半导体制冷的基本原理二、半导体制冷的基本原理1.半导体定义半导体定义

2、半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。导体。2.塞贝克效应塞贝克效应 1821年塞贝克发现：在两种不同金属构成年塞贝克发现：在两种不同金属构成的回路中，如果两个接头处的温度不同，其周围的回路中，如果两个接头处的温度不同，其周围就会出现磁场。进一步实验之后，他发现了在回就会出现磁场。进一步实验之后，他发现了在回路中有一电动势存在，这种现象称为塞贝克效应路中有一电动势存在，这种现象称为塞贝克效应或温差电效应。这种电动势就称为塞贝克电动势或温差电效应。这种电动势就称为塞贝克电动势或温差电动势。或温差电动势。 利用塞贝克效应可进行热能到电能的转换，利用塞

3、贝克效应可进行热能到电能的转换，即温差发电。即温差发电。 图1 塞贝克效应的示意图3.珀尔帖效应珀尔帖效应 当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时，结点上将产生吸热或放热现象，这是法国人珀尔帖最早发现的 利用珀尔帖效应可将电能转换为热能，从而实现制冷（或制热），即温差电制冷。4.半导体制冷的基本原理半导体制冷的基本原理 半导体制冷是热电效应（主要是珀尔帖效应）在制冷技术方面的应用，实用的半导体制冷装置是由热电效应比较显著、热电制冷效率比较高的半导体热电偶构成的。图6 半导体制冷原理图在温差电路中引入第三种材料（连接片和导线）不会改变电路的特性，这样，半导体元件可以各种不同的连接方式来满足使用

4、要求。半导体制冷散热方式：半导体制冷散热方式：1、 自然散热。 采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热片，在静止的空气中自由的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。2、 充液散热。 用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。缺点是用水不方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。3、 强迫风冷散热。 工作气氛为流动空气，散热片所用的材料和自然散热片相同，使用方便，体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。4、 真空潜热散热。 最常用的就是“热管”散热片，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。 半导体制冷与机械压缩式制冷的比较半导体制冷与机械压缩式制冷的比较 半导体制冷器是一种不用制冷剂、没有运动件的电器。它的热电堆起着普通制冷压缩机的作用，冷端及其热交换器相当于普通制冷装置的蒸发器，而热端及其热交换器则相当于冷凝器。通电时，自由电子和空穴在外电场的作用下，离开热电堆的冷端向热端运动，相当于制冷剂在制冷压缩机中的压缩过程。在热电堆的冷端，通过热交换器吸热，同时产生电子-空