製冷片(致冷片)

製冷片

致冷片一般指本詞條

製冷片也叫熱電半導體製冷組件,帕爾貼等,是指一種分為兩面,一面吸熱,一面散熱,起到導熱的貼片,本身不會產生冷。

基本介紹

  • 中文名:製冷片
  • 別名:熱電半導體製冷組件
  • 原理珀爾帖效應
  • 元件:P型半導體、N型半導體
  • 套用領域:軍事、醫療等
  • 相關電器:空調
概述,珀爾帖效應套用,製冷片的技術套用,套用領域,

概述

一、預備知識:
1.Peltier effect(珀爾帖效應):
珀爾帖效應的論述很簡單——當電流通過熱電偶時,其中一個結點散發熱而另一個結點吸收熱,這個現象由法國物理學家Jean Peltier在1834年發現。
2.P型半導體
半導體材料的一種形式,其導帶中的空穴密度超過了價帶中的電子密度。P型材料通過增加受主(acceptor)雜質來形成,例如在矽上摻雜硼。
3.N型半導體
半導體材料的一種形式,在導帶中的電子密度大於在價帶中的空穴密度的半導體,N型材料通過對矽的晶體結構中加入施主雜質(摻雜)——比如砷或磷——來得到。

珀爾帖效應套用

半導體製冷器是由半導體所組成的一種冷卻裝置,於1960左右才出現,然而其理論基礎Peltier effect可追溯到19世紀。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路。
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,並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套用,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)。
三、半導體致冷法的原理以及結構:
半導體熱電偶由N型半導體和P型半導體組成。N型材料有多餘的電子,有負溫差電勢。P型材料電子不足,有正溫差電勢;當電子從P型穿過結點至N型時,結點的溫度降低,其能量必然增加,而且增加的能量相當於結點所消耗的能量。相反,當電子從N型流至P型材料時,結點的溫度就會升高。
直接接觸的熱電偶電路在實際套用中不可用,所以用下圖的連線方法來代替,實驗證明,在溫差電路中引入第三種材料(銅連線片和導線)不會改變電路的特性。
這樣,半導體元件可以用各種不同的連線方法來滿足使用者的要求。把一個P型半導體元件和一個N型半導體元件聯結成一對熱電偶,接上直流電源後,在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。
在上面的接頭處,電流方向是從N至P,溫度下降並且吸熱,這就是冷端;而在下面的一個接頭處,電流方向是從P至N,溫度上升並且放熱,因此是熱端。
因此是半導體致冷片由許多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線而成一完整線路,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,外觀如下圖所示。

製冷片的技術套用

半導體製冷片作為特種冷源,在技術套用上具有以下的優點和特點:
1、 不需要任何製冷劑,可連續工作,沒有污染源沒有旋轉部件,不會產生迴轉效應,沒有滑動部件是一種固體片件,工作時沒有震動、噪音、壽命長,安裝容易。
2、 半導體製冷片具有兩種功能,既能製冷,又能加熱,製冷效率一般不高,但制熱效率很高,永遠大於1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和製冷系統。
3、 半導體製冷片是電流換能型片件,通過輸入電流的控制,可實現高精度的溫度控制,再加上溫度檢測和控制手段,很容易實現遙控、程控、計算機控制,便於組成自動控制系統
4、 半導體製冷片熱慣性非常小,製冷制熱時間很快,在熱端散熱良好冷端空載的情況下,通電不到一分鐘,製冷片就能達到最大溫差。
5、 半導體製冷片的反向使用就是溫差發電,半導體製冷片一般適用於中低溫區發電。
6、 半導體製冷片的單個製冷元件對的功率很小,但組合成電堆,用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷系統的話,功率就可以做的很大,因此製冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的範圍。
7、 半導體製冷片的溫差範圍,從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現。

套用領域

通過以上分析,半導體溫差電片件套用範圍有:製冷、加熱、發電,製冷和加熱套用比較普遍,有以下幾個方面:
1、 軍事方面:飛彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導行系統。
2、 醫療方面;冷力、冷合、白內障摘除片、血液分析儀等。
3、 實驗室裝置方面:冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恆溫、高低溫實驗儀片。
4、 專用裝置方面:石油產品低溫測試儀、生化產品低溫測試儀、細菌培養箱、恆溫顯影槽、電腦等。
5、 日常生活方面:空調、冷熱兩用箱、飲水機、電子冰櫃等。此外,還有其它方面的套用,這裡就不一一提了。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們