半導體電子制冷原理 半導體電子制冷又稱熱電制冷,或者溫差電制冷,它是利用"帕爾帖效應"的一種制冷方法,與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。
1843年,法國物理學家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲,再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上,通電后,他驚奇的發現一個接頭變熱,另一個接頭變冷;這個現象后來就被稱為"帕爾帖效應"。
"帕爾帖效應"的物理原理為:電荷載體在導體中運動形成電流,由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級,當它從高能級想低能級運動時,就會釋放出多余的熱量。反之,就需要從外界吸收熱量(即表現為制冷)。
所以,"半導體電子制冷"的效果就主要取決于電荷載體運動的兩種材料的能級差,即熱電勢差。純金屬的導電導熱性能好,但制冷效率極低(不到1%)。半導體材料具有極高的熱電勢,可以成功的用來做小型的熱電制冷器。
經過多次實驗,科學家發現:P型半導體(Bi2Te3-Sb2Te3)和N型半導體 (Bi2Te3-Bi2Se3)的熱電勢差最大,應用中能夠在冷接點處表現出明顯制冷效果。 通上電源之後,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,并沒有領悟到背後真正的科學原理。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,才發現背後真正的原因,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)。下面我們來看一下半導體致冷器的結構:
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,外觀如右圖所示,看起來像三明治(下圖為實物圖):

正視圖 
側視圖
電子冰箱簡單結構為:將P型半導體,N型半導體,以及銅板,銅導線連成一個回路,銅板和導線只起導電作用,回路由 12V直流電供電,接通電流后,一個接點變冷(冰箱內部),另一個接頭散熱(冰箱后面散熱器)。
半導體電子制冷的優點為:
1.結構簡單,部件少,維修方便;
2.無機械傳動部件,無磨損,無噪音,壽命長;
3.無需制冷劑制冷(壓縮式和吸收式都需要),絕對環保;
4.效率高,耗電量低(在100W以下,耗電量只有壓縮式和吸收式的一半。
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