熱電制冷原理及研究現(xiàn)狀

1、 熱電制冷原理及研究現(xiàn)狀熱電制冷原理及研究現(xiàn)狀 當(dāng)直流電通過具有熱電轉(zhuǎn)換特性的導(dǎo)體組成的回路時(shí)具有制冷功能這就是所謂的熱電制冷。半導(dǎo)體制冷是熱電制冷的一種 ，即直流電通過由半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)回路時(shí) ，在 P N結(jié)的接觸面上有熱電能量轉(zhuǎn)換的特性，又由于半導(dǎo)體材料是一種較好 的熱 電能量轉(zhuǎn)換材 料 ，在 國際上熱電制冷器件普遍采用半導(dǎo)體材料制成 ，因此稱為半導(dǎo)體制冷 。 熱電制冷器優(yōu)點(diǎn)： (1)結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)制冷器由熱電堆和導(dǎo)線組成，沒有運(yùn)動部件，無噪音，無磨損，壽命長，可靠性高；(2)制冷速度快，控制靈活；(3)體積小，重量輕，維修方便，可以任何姿勢工作； (4)操作有可逆性，把工作電流反向

2、后即成為加熱器，加熱效率大與1；(5)不使用制冷劑，故無泄漏，對環(huán)境無污染。 熱電制冷基本原理： 直流電通過半導(dǎo)體PN結(jié)時(shí)，在兩結(jié)點(diǎn)的接面上會發(fā)生熱電效應(yīng)，它是由同時(shí)發(fā)生的五種不同效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。包括塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)、傅里葉效應(yīng)。熱電制冷主要是珀耳帖效應(yīng)。 塞貝克效應(yīng)： 兩種不同金屬構(gòu)成的回路中，如果兩個(gè)接頭處的溫度不同回路中存在有一電動勢。 珀耳帖效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體組成電路且通有直流電時(shí)，在一個(gè)接頭處會放出熱量，另一個(gè)接頭處會吸收熱量（Peltier在1834發(fā)現(xiàn)）Peltier效應(yīng)兩種情形 金屬 半導(dǎo)體制熱制熱制冷制冷 金屬接觸電位勢 半導(dǎo)體接觸電位勢電

3、子-空穴對 湯姆遜效應(yīng) 電流通過一個(gè)單一導(dǎo)體，且該導(dǎo)體中存在溫度梯度，就會有可逆的熱效應(yīng)產(chǎn)生，稱為湯姆遜效應(yīng)。湯姆遜熱與通過的電流，溫度梯度的乘積成正比： QT= IT 焦耳效應(yīng)：傅里葉效應(yīng)：= 熱電制冷原理圖 熱電制冷的基本計(jì)算公式：帕爾貼熱：（）式中（ ），為接頭上絕對溫度沿?zé)犭姳蹖?dǎo)入冷接頭的熱量： （）則熱電偶產(chǎn)冷量為： （）IQp 在由（）可得：（）在制冷量最大時(shí)電流為：（）得到最大溫差： （）其中 KQRITc0221IT ）（R）Tc（Imax2max21TcZTRKRK）（Z22 由于在最大溫差下有：（） 結(jié)合（）得最大產(chǎn)冷量為：（） 最大效率狀況： 一般情形下有： （） 當(dāng)效率最大時(shí)，（） 將（）代入（）得：（） 此時(shí)制冷量：（） 三個(gè)參數(shù)不獨(dú)立 導(dǎo)熱率 降低方法：1）使用含重金屬的化合物2）增大N極的原子數(shù)3）更為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu) 發(fā)展趨勢： 尋找新型半導(dǎo)體材料 改進(jìn)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng) 謝謝！